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35417170 introduccion-al-diseno-de-puentes

  1. 1. Universidad de San CarlosFacultad de Ingeniería PUENTESEscuela 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
  2. 2. Universidad de San CarlosFacultad de Ingeniería PUENTESEscuela de Ingeniería Civil 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
  3. 3. Universidad de San CarlosFacultad de Ingeniería PUENTESEscuela de Ingeniería Civil 9.1.GENERALIDADES DEL MANTENIMIENTO 9.2.PRESENTACION SOBRE ACTIVIDADES DE MANTENIMIENTO 9.3.SAND BLAST 9.4.PINTURA 9.5.OTROS
  4. 4. Universidad de San CarlosFacultad de Ingeniería PUENTESEscuela de Ingeniería Civil CONTENIDO CURSO PUENTES COD. 3321.ASPECTOS GENERALES1.1. GENERALIDADESLos 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 materialescompuestos 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 delas estructuras.Los puentes pueden clasificarse en diferentes tipos, de acuerdo a diversos conceptos como el tipode material utilizado en su construcción, el sistema estructural predominante, el sistemaconstructivo 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 dospartes: la superestructura y la infraestructura.Los puentes deben ser inspeccionados con cierta regularidad (2 años) y se utilizan para ellométodos tradicionales y medios específicos. Las técnicas no destructivas son: endoscopía ycámara con control remoto, termografía, fotogrametría y topografía convencional y ensayos nodestructivos.La calidad de las estructuras y de los elementos prefabricados como tubos, vigas, etc., se realizamediante toma de muestras, ensayo de materiales, control de fabricación, control en obra ypruebas en obra.1.2.TIPOS DE OBRAS DE DRENAJE MENOR Y MAYORLas 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 deacceso y la vida útil del camino.
  5. 5. Universidad de San CarlosFacultad de Ingeniería PUENTESEscuela de Ingeniería CivilOBRAS DE DRENAJE MAYORLas obras de drenaje mayor requieren de conocimientos y estudios especiales, entre ellaspodemos mencionar los puentes, puentes –vado y bóvedas.Aunque los estudios estructurales de estas obras son diferentes para cada una, la primera etapade selección e integración de datos preliminares es común.Así con la comparación de varios lugares del mismo río o arroyo elegiremos el lugar mas indicadobasándonos en el ancho y altura del cruce, de preferencia que no se encuentre en lugares dondela corriente tiene deflexiones y aprovechando las mejores características geológicas y de alturadonde vamos descendiendo o ascendiendo con el trazo.Las bóvedas de medio punto (FIG.1)construidas con mampostería son adecuadascuando requerimos salvar un claro con unaaltura grande de la rasante al piso del rio.Los vados son estructuras muy pegadas al terreno natural, generalmente losas a piso, tienenventajas en cauces amplios con tirantes pequeños y régimen torrencial por corto tiempo. Laconstrucción de vados es económica y accesibles a los cambios rurales por el aprovechamiento delos recursos del lugar, ya que pueden ser construidos de mampostería, concreto simple, ciclópeo yhasta de lamina. Su diseño debe evitar provocar erosión aguas arriba y aguas abajo, además deevitar 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, quepermite el paso del agua a través de claros inferiores en niveles ordinarios, y por la parte superiorcuando se presentan avenidas con aguas máximas extraordinarias.La altura de la obra debe permitir que cuando se presenten avenidas en aguas máximasextraordinarias los árboles u objetos arrastrados no dañen la estructura.
  6. 6. Universidad de San CarlosFacultad de Ingeniería PUENTESEscuela de Ingeniería CivilLos puentes son estructuras de mas de seis metros de claro, se distingue de las alcantarillas por elcolchón que estas levan en la parte superior.La estructura de un puente esta formada por la infraestructura, la subestructura y lasuperestructura.La infraestructura se manifiesta en zapatas de concreto o mampostería, cilindros de cimentación ypilotes. La subestructura forma parte de un puente a través de pilas centrales, estribos, columnasmetálicas sobre pedestales de concreto, caballetes de madera, etc. la superestructura integra laparte 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.
  7. 7. Universidad de San CarlosFacultad de Ingeniería PUENTESEscuela de Ingeniería CivilOBRAS DE DRENAJE MENORLas alcantarillas son estructuras transversales al camino que permiten el cruce del agua y estánprotegidas 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 decirque actualmente en los caminos rurales, las mas usuales son las alcantarillas laminares.Drenaje subterráneo.- el drenaje subterráneo es un gran auxiliar para eliminar humedad queinevitablemente ha llegado al camino y así evitar que provoque asentamientos o deslizamientosde material.Son usuales los drenes ciegos que consisten en zanjas bajo las cunetas rellenas con materialgraduado con una base firme que evite filtraciones mas allá de donde se desea, dirigiendo el aguahacia un lugar donde se le pueda retirar de manera superficial del camino, las dimensiones varíansegún las características hidrológicas del lugar donde se van a construir, son funcionales en variostipos de camino. La plantilla de estos es de 45 cm. Y de 80 a 100 cm. De profundidad, el material segraduara cuidadosamente en capas con tamaños uniformes.También se usan con el mismo fin drenes con tubos perforados que recogen el agua de la parteinferior del camino bajo las cunetas, su construcción consiste en la apertura de una zanja paracolocar 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, influiráen la funcionalidad y duración del dren.El diámetro no será menor a quince centímetros con numerosas perforaciones, rellenando conmaterial adecuado para evitar taponamientos que junto con las roturas del tubo, son lasprincipales fallas de este tipo de drenaje.Cualquier tipo de drenaje subterráneo, debe permitir una salida fácil del agua con pendienteadecuada no menor del medio por ciento.
  8. 8. Universidad de San CarlosFacultad de Ingeniería PUENTESEscuela de Ingeniería Civil1.3.MATERIALESLos materiales tienen una importancia decisiva en la configuración de los puentes. A lo largo de lahistoria se han ido empleando distintos materiales en su construcción, evolucionando estos hastala utilización actualmente de materiales compuestos formados por fibras de materiales muyresistentes. Madera, piedra, hierro, hormigón, ladrillo y aluminio han sido los materiales utilizadoscon 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 usabaneran 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 amediados del siglo XIX al hierro forjado, más resistente y regular y a finales de este siglo seempezó a utilizar el acero, superando a los dos tipos de hierro en resistencia y calidad. También afinales del siglo XIX hizo su aparición el hormigón, que permitió hacer arcos mayores que los depiedra natural dando lugar a un nuevo sistema de hacer estructuras: el hormigón armado, dondeel hormigón y el hierro se asocian para permitir construir vigas de luces considerables y afinar lasdimensiones 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 decolaboración perfecta entre el acero y el hormigón, ampliando de forma extraordinaria lasposibilidades del hormigón armado. Contemporáneas al hormigón pretensado son las estructurasmixtas, otra forma de colaboración entre el acero y el hormigón en la que ambos no se mezclaníntimamente, sino que se yuxtaponen.Han sido muchas las tentativas de utilizar aleaciones de aluminio en la construcción de puentespor su mayor resistencia específica (fuerza resistida por unidad de peso y longitud) que el acero ypor su ligereza, pero son escasos debido al alto coste económico, a las dificultades que plantea launión de las piezas y por los problemas que han causado. Se ha utilizado especialmente en laconstrucción 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 puentecuya construcción finalizó en 1948 fue sustituido en 1976 a causa de la corrosión que habíaafectado al aluminio.La aparición de nuevos materiales en la construcción de puentes ha ido dando lugar ainnovaciones y la construcción de puentes y a una evolución de su tipología para adaptarse a suscaracterísticas, adecuándose los materiales, las estructuras y las formas.El material es esencial en la concepción de un puente, porque su características de resistencia sonlas que determinan las dimensiones de cada uno de los elementos que lo componen, e influyedecisivamente en la organización de su estructura. Además de ello, el material tiene unasposibilidades tecnológicas determinadas en lo que se refiere a fabricación, uniones, formas de loselementos 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 materialpermite distintos tipos y formas de puentes.El desarrollo de las tecnologías de los distintos materiales ha hecho que las estructuras de lospuentes tengan cada vez más posibilidades, lo que ha permitido una mayor diversidad de formas yhacer puentes de hormigón y acero, hasta el grado de que a veces es difícil a distancia saber de
  9. 9. Universidad de San CarlosFacultad de Ingeniería PUENTESEscuela de Ingeniería Civilqué material están hechos, especialmente en las vigas continuas con sección en cajón de almallena, 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 queel hormigón hizo su aparición casi un siglo después. Pero además, el acero al ser un material demayor resistencia específica también permite salvar luces mayores lo que a su vez permiten quelos puentes tengan mayores dimensiones.Actualmente se prueban nuevos materiales para construir puentes con mayor resistenciaespecífica que el acero. Son los denominados materiales compuestos, formados por fibras unidascon una matriz de resina y que se vienen utilizando desde hace años en diversos tipos deindustrias (aeroespacial, aeronáutica, automóvil, etc.).Cronología de los materiales en la construcción de puentes COMPRESIÓN FLEXIÓN TRACCIÓN Arcilla Prehistoria Madera Cuerdas (tapial, adobe, ladrillo) Madera Historia clásica Piedra Madera Grapas metálicas siglo XIX Fundición Madera Cadenas de hierroPrimera mitad siglo Hormigón en masa Hormigón armado Cables de acero XX Acero laminado Acero laminado Maderas laminadas Cables de acero de altaSegunda mitad siglo Hormigones especiales Hormigón pretensado resistencia, alto límite XX Acero laminado Acero laminado elástico y baja relajación Aleaciones ligeras
  10. 10. Universidad de San CarlosFacultad de Ingeniería PUENTESEscuela de Ingeniería Civil1.4.DEFINICION DE PUENTEUn puente es una estructura destinada a salvar obstáculos naturales, como ríos, valles, lagos obrazos de mar; y obstáculos artificiales, como vías férreas o carreteras, con el fin de unir caminosde viajeros, animales y mercancías. Los puentes son estructuras que los seres humanos han ido construyendo a lo largo de lostiempos para superar las diferentes barreras naturales con las que se han encontrado y podertransportar así sus mercancías, permitir la circulación de las gentes y trasladar sustancias de unsitio a otro.Dependiendo el uso que se les dé, algunos de ellos reciben nombres particulares, comoacueductos, cuando se emplean para la conducción del agua, viaductos, si soportan el paso decarreteras y vías férreas, y pasarelas, están destinados exclusivamente a la circulación depersonas.TIPOS DE PUENTESSEGÚN LA ESTRUCTURA ESTOS PUEDEN SER:PUENTES FIJOSPuentes de vigas: Un puente viga es un puente cuyos vanos son soportados por vigas. Este tipo depuentes 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 puentees estructuralmente el más simple de todos los puentes.
  11. 11. Universidad de San CarlosFacultad de Ingeniería PUENTESEscuela de Ingeniería CivilPuentes de arcos: Un puente de arco es un puente con apoyos a los extremos de la luz, entre loscuales se halla una estructura con forma de arco por donde se transmiten las cargas. El tableropuede estar apoyado o colgado de esta estructura principal, dando origen a distintos tipos depuentes.Puentes de armaduras: Combinan las planchas y estribos de los puentes de placas con las vigas yestribos de los de viga; esta combinación forma unidades sencillas sin articulaciones de uniónentre las piezas. Se construyen de hormigón armado o pretensado o de armaduras de acerorodeadas de hormigón. De origen muy reciente, resultan sumamente útiles para separar en niveleslos cruces de carreteras y ferrocarriles.
  12. 12. Universidad de San CarlosFacultad de Ingeniería PUENTESEscuela de Ingeniería CivilPuentes cantiléver: constan esquemáticamente de dos voladizos simétricos que salen de dos pilascontiguas, uniéndose en el centro por unas vigas apoyadas y suelen anclarse en los estribossimétricamente opuestos respecto al centro. los puentes cantiléver presenta diversasconstrucciones, en arco o viga, de acero u hormigón, y pueden salvar grandes luces, sin necesidadde estructuras auxiliares de apoyo durante su construcción.Puentes sustentados por cables: Un puente colgante es un puente sostenido por un arco invertidoformado por numerosos cables de acero, del que se suspende el tablero del puente mediantetirantes verticales. Desde la antigüedad este tipo de puentes han sido utilizados por la humanidadpara salvar obstáculos. A través de los siglos, con la introducción y mejora de distintos materialesde construcción, este tipo de puentes son capaces en la actualidad de soportar el tráfico rodado eincluso líneas de ferrocarril ligeras.
  13. 13. Universidad de San CarlosFacultad de Ingeniería PUENTESEscuela de Ingeniería CivilPuentes de pontones: Los puentes flotantes se apoyan sobre flotadores y por ello no tienen elarraigo en la tierra que toda obra fija debe tener. Los flotadores pueden ser más o menos grandespara reducir su movilidad y se puede conseguir que sus movimientos sean incluso menores que losde algunos puentes fijos, pero ello no elimina ese carácter de elemento flotante sometido a losmovimientos del agua; hay siempre un movimiento relativo entre el puente y los apoyos fijos delas orillas.PUENTES MÓVILESBasculantes: Los puentes basculantes son los que giran alrededor de un eje horizontal situado enuna línea de apoyos; se incluyen por tanto en ellos los levadizos y los basculantes según laclasificación de Gauthey.Son los más clásicos de los móviles y los que más se utilizan actualmente. Son también losprimeros, porque los famosos puentes levadizos medievales eran de este tipo.
  14. 14. Universidad de San CarlosFacultad de Ingeniería PUENTESEscuela de Ingeniería CivilGiratorios: En los puentes giratorios de eje vertical caben, igual que en los basculantes, dosposibilidades de apertura: o bien girar dos vanos simétricos sobre una pila situada en el centro delcanal de navegación, aunque en algún caso excepcional puede estar situada en un borde; o biengirar 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 elmovimiento más sencillo; el puente se desplazaba longitudinalmente sobre rodillos, avanzando oretrocediendo 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 denavegación.
  15. 15. Universidad de San CarlosFacultad de Ingeniería PUENTESEscuela de Ingeniería CivilTransbordadores: Los puentes transbordadores han estado y estarán siempre unidos al nombredel ingeniero francés Ferdinand Arnodin, porque fue el primero que patentó la idea, e intervino enla 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 construirpuentes de piedra. Al igual que la madera, la piedra es un material natural que se obtienedirectamente de la naturaleza y se utiliza sin ninguna transformación, únicamente es necesariodarles forma. Aparte de la piedra, se ha utilizado también materiales como el ladrillo o elhormigón en masa.
  16. 16. Universidad de San CarlosFacultad de Ingeniería PUENTESEscuela de Ingeniería CivilPuentes de madera: Los primeros puentes son simplemente uno o varios troncos uniendo dosorillas de un riachuelo. La madera es el material que utilizó el hombre para hacer sus primerasconstrucciones; 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 pararesistir compresiones y el acero en barras para resistir tracciones. Por ello las barras de acero seintroducen en la pieza de hormigón, en el borde que debe resistir las tracciones, y gracias a laadherencia entre los dos materiales, las primeras resisten las tracciones y el segundo lascompresiones.
  17. 17. Universidad de San CarlosFacultad de Ingeniería PUENTESEscuela de Ingeniería CivilPuentes de hormigón preesforzado: El hormigón pretensado se puede considerar un nuevomaterial; 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, encambio, la armadura es activa, es decir se tesa previamente a la actuación de las cargas que va arecibir 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.
  18. 18. Universidad de San CarlosFacultad de Ingeniería PUENTESEscuela de Ingeniería CivilPARTES DE UN PUENTELos 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.
  19. 19. Universidad de San CarlosFacultad de Ingeniería PUENTESEscuela de Ingeniería Civil  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.
  20. 20. Universidad de San CarlosFacultad de Ingeniería PUENTESEscuela de Ingeniería Civil1.5.ASPECTOS TOPOGRAFICOSLos 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 ESTRUCTURASPreviamente 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 aspectoeconómico sin apartarse substancialmente del trazado general del camino, para lo que se debetomar 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 contradictoriaspor lo que habrá que compatibilizarTratándose de localizar un puente en la proximidad de una población deberá cuidarse de que en loposible su eje coincida con el de una de sus calles principales para asi conducir por el camino mascorto al centro del comercio. Acá es necesario aclarar que si se trata de carreteras troncales contráfico intenso mas bien conviene alejarse un tanto a manera de circunvalación.
  21. 21. Universidad de San CarlosFacultad de Ingeniería PUENTESEscuela de Ingeniería Civil2. PRESENTACION VISUAL2.1.PUENTES DE CONCRETOHan tenido éxito con luces de hasta 25 m. luces superiores son inconvenientes para este tipo depuentes por el incremento desmedido de su peso y costo. El principal problema constructivo loconstituyen los encofrados. Son de montaje rápido, ya que admiten en muchas ocasioneselementos prefabricados, son resistentes, permiten superar luces mayores que los puentes depiedra, 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
  22. 22. Universidad de San CarlosFacultad de Ingeniería PUENTESEscuela de Ingeniería Civil
  23. 23. Universidad de San CarlosFacultad de Ingeniería PUENTESEscuela de Ingeniería CivilPUENTES DE HORMIGON PREESFORZADOSe ha llegado a implementar soluciones viables de hasta 45 m. de luz. Se utilizan variantesconstructivas de esta tecnología consistentes en la fundición y tensado in situ, o la fundición ytensado previo, y el lanzamiento posterior de las vigas. La reducción en el peso de la estructura esel efecto mas importante.
  24. 24. Universidad de San Carlos 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.
  25. 25. Universidad de San CarlosFacultad de Ingeniería PUENTESEscuela de Ingeniería Civil2.3.BOVEDAS Y ALCANTARILLASLas bóvedas son estructuras cuya sección transversal interior esta formada por tres partesprincipales: 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 secciónvariable 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 laclave a lo largo de la obra. La clave, de concreto simple de f´c= 100 Kg/m2, cierra le arco en elcentro con juntas radiales y tienen un ancho medio mínimo de 35 cm.. Las piedras d el arco tienenhasta donde es posible, juntas radiales, con cuatropeo longitudinal y una mayor dimensión delestrados. Cuando se use cemento normal, el descimbrado se hará a los catorce días de colocada laclave, 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 contrala erosión pueden omitirse en terrenos rocosos. Para eliminar el empuje hidrostático sobre losmuros, se coloca una capa de 30 cm de espesor de material graduado en el respaldo de cadaestribo.´
  26. 26. Universidad de San CarlosFacultad de Ingeniería PUENTESEscuela de Ingeniería Civil2.4.PUENTES BAILEYUn puente Bailey es un puente portátil prefabricado diseñado para uso militar. Usado para salvarluces 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 deequipo pesado, dura apenas unas horas y puede realizarse incluso bajo fuego enemigo. Estepuente fue diseñado como una solución al mayor peso de los nuevos tanques que se estabandesarrollando en las primeras fases de la guerra. Esta invención es considerada uno de los mejoresejemplos de ingeniería militar durante la Segunda Guerra Mundial.
  27. 27. Universidad de San CarlosFacultad de Ingeniería PUENTESEscuela de Ingeniería Civil2.5.DAÑOS A PUENTES CAUSADOS POR HURACAN MITCHEl huracán Mitch fue uno de los ciclones tropicales más poderosos y mortales que se han visto enla era moderna, teniendo una velocidad máxima de vientos sostenidos de 290 km/h. Mitch pasópor América Central del 22 de octubre al 5 de noviembre en la temporada de huracanes en elAtlántico 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 condicionesextremadamente favorables, alcanzó rápidamente la categoría 5, el nivel más alto posible en laescala de huracanes de Saffir-Simpson. Después de desplazarse hacia el suroeste al mismo tiempoque se debilitaba, el huracán golpeó Honduras como un huracán de categoría menor. Se movió através de Centroamérica hasta alcanzar la Bahía de Campeche para finalmente golpear Floridacomo una tormenta tropical.Debido a su lento movimiento entre el 29 de octubre y el 3 de noviembre, Mitch dejó cantidadeshistóricas de precipitaciones en Honduras y Nicaragua, con informes no oficiales de hasta 1900mm. Las muertes ocasionadas por las catastróficas inundaciones lo hicieron el segundo huracánmás mortífero del Atlántico, cerca de 11.000 personas murieron y alrededor de 8.000permanecían 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
  28. 28. Universidad de San CarlosFacultad de Ingeniería PUENTESEscuela de Ingeniería Civil PUENTE DURANTE EL PASO DEL HURACAN MITCH PUENTE DESPUES DEL PASO DEL HURACAN MITCH(http://radiosegovia.netfirms.com/catalogo.htm)
  29. 29. Universidad de San CarlosFacultad de Ingeniería PUENTESEscuela de Ingeniería Civil 3. BOVEDAS Y ALCANTARILLASBOVEDAS Y CAJASSon estructuras con los mismos objetivos que los puentes , pero más simples y para lucesrelativamente más cortas, que se eligen donde no se justifica la construcción de un puente por sulongitud, complejidad y costo. Las bóvedas son de forma circular o parabólica, construidas enconcreto reforzado o metal, y las cajas definitivamente de concreto reforzado.Para la colocación de las bóvedas deberán seguirse las especificaciones del fabricante.COPANTES y PONTONESSon puentes de estructuras relativamente planas y de poca altura, algunos son rudimentarios y deuso temporal, construidas con madera rolliza y tablones; pero también se construyen con losasplanas reforzadas de luz corta; que sin embargo, pueden alcanzar buena longitud por repeticióndel 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 casosobrepase el nivel de la losa. Son recomendables para ríos angostos o anchos, pero de pocaprofundidad.VADOS Y BADENESSon estructuras de empedrado o losa de concreto reforzado o no, fundidas en el lecho del río conla finalidad de que permitan el paso de vehículos prácticamente entre el agua, por lo que solo sonfactibles en los casos en que el río es de poco caudal y poca profundidad, o bien se utilizan solo enépoca de verano. Pueden incluir o no, tubería adicional.
  30. 30. Universidad de San CarlosFacultad de Ingeniería PUENTESEscuela de Ingeniería CivilALCANTARILLASSon obras de drenaje, cuya finalidad es evacuar el agua de las cunetas longitudinales de un ladodel camino; que por alguna razón, no es posible alejarlas de ese lado y requiere ser trasladada allado contrario. Generalmente son tubos de cemento o de concreto reforzado cuando losdiámetros 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 yen el otro extremo de salida, cuenta con un cabezal de refuerzo y soporte del material de lacarretera.CUNETASSon estructuras para recolectar y conducir el agua de lluvia caída sobre la carretera y el áreaaledaña, que por la pendiente transversal del camino y los taludes llega hasta la cuneta, para serevacuada en las descargas hacia los lados del camino. Se construyen únicamente conformadas ensuelo natural, sobre todo cuando el suelo es prácticamente horizontal y poco erosionable; y sehace necesario revestir cuando las características del suelo es lo contrario.Cuando es bastante el agua de escorrentía que desciende de un talud, se puede evitarconstruyendo una cuneta en la parte superior del talud, tomando el nombre de Contracuneta, seconstruyen canales de descarga laterales para la evacuación del agua.
  31. 31. Universidad de San CarlosFacultad de Ingeniería PUENTESEscuela de Ingeniería CivilCANALES DE DESCARGASon estructuras en forma de canal liso o bien con graderíos, que se construyen para descargar elagua que conducen las cunetas hacia los puntos bajos a los lados del camino. Se construyen demampostería o de concreto reforzado, siendo esto último lo más recomendable.
  32. 32. Universidad de San Carlos 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.
  33. 33. Universidad de San CarlosFacultad de Ingeniería PUENTESEscuela de Ingeniería Civil5- Como una columna, cuando la relación de la longitud sin apoyo de un arco a su ancho menores mayor de doce.6- Por descimbrar antes de que haya endurecido el mortero o cuando el arco que sería establecon 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
  34. 34. Universidad de San CarlosFacultad de Ingeniería PUENTESEscuela de Ingeniería Civil4. ASPECTOS HIDRAULICOS E HIDROLOGICOSESTIMACION DE CRECIDASRecopilación de Datos de CampoPara recopilar los datos de campo, durante los meses de noviembre y diciembre de 1998 y enerode 1999, se visitaron las estaciones que actualmente opera el INSIVUMEH. La informaciónobtenida permitió la definición de la geometría de los cauces y la estimación de los parámetroshidráulicos necesarios para estimar las crecidas. La localización de estaciones se muestra en laGráfica 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 yla crecida fue especialmente severa, se hicieron levantamientos de varias secciones, para estimarla crecida por el método de sección y pendiente. En el caso de la estación El Cementerio sobre elrío Villalobos, la información estadística con relación a las crecidas es irrelevante, pues la cuencaesta sujeta a un continuo deterioro debido al crecimiento de la zona urbana.
  35. 35. Universidad de San CarlosFacultad de Ingeniería PUENTESEscuela de Ingeniería CivilCuando esto fue posible, en las estaciones visitadas se realizaron aforos, para determinar si lasección ha sufrido algún cambio como consecuencia de la crecida y establecer la variación de losparámetros hidráulicos. Los aforos se efectuaron prácticamente en todas las estaciones exceptoen 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 losniveles máximos que han alcanzado las crecidas en los ríos en el pasado. La información obtenidade esta manera, no siempre coincide con la información publicada por las agencias encargadas delas estaciones. Esto puede deberse al largo período del que no se cuenta información publicada.Estimación de CrecidasA continuación, se estimaron los valores de las crecidas, de acuerdo a la información hidráulicadisponible. Los valores estimados de las crecidas se plotearon con los aforos disponibles, con elpropósito 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 áreade las cuencas. El cálculo de los caudales específicosComo una referencia adicional, se incluye en el Cuadro 4, las crecidas máximas observadas antesde la ocurrencia del Huracán Mitch, en las estaciones de las que se obtuvo información para eldesarrollo del presente trabajo. Además en este cuadro se incluyen las crecidas máximas de variasestaciones, de las cuales no se pudo obtener información adicional a la que se encuentrapublicada. Estas estaciones no fueron visitadas para obtener los datos requeridos para esteanálisis. La información de crecidas de estas estaciones se obtuvo de los anuarios hidrológicospublicados, 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, probablementedebido a una extrapolación errónea de las curvas de calibración. En los casos en los que ladiferencia entre el valor publicado y el valor estimado durante el desarrollo de este trabajo eramuy grande, se adoptó el valor estimado en este trabajo.
  36. 36. Universidad de San CarlosFacultad de Ingeniería PUENTESEscuela de Ingeniería Civil
  37. 37. Universidad de San CarlosFacultad de Ingeniería PUENTESEscuela de Ingeniería Civil 5. ANALISIS DE CARGAS, TIPOS Y APLICACIONES. 5.1. TIPOS DE VEHICULOS PARA DISEÑO
  38. 38. Universidad de San CarlosFacultad de Ingeniería PUENTESEscuela de Ingeniería Civil
  39. 39. Universidad de San CarlosFacultad de Ingeniería PUENTESEscuela de Ingeniería Civil
  40. 40. Universidad de San CarlosFacultad de Ingeniería PUENTESEscuela de Ingeniería Civil5.2.CARGAS Y FACTORES DE CARGASCLASIFICACION Y DEFINICIONLas cargas se clasifican en: • Permanentes • Variables • ExcepcionalesCARGAS PERMANENTESSon aquellas que actúan durante toda la vida útil de la estructura sin variar significativamente, oque varían en un solo sentido hasta alcanzar un valor límite. Corresponden a este grupo el pesopropio de los elementos estructurales y las cargas muertas adicionales tales como las debidas alpeso de la superficie de rodadura o al balasto, los rieles y durmientes de ferrocarriles. También seconsideran cargas permanentes el empuje de tierra, los efectos debidos a la contracción de fraguay el flujo plástico, las deformaciones permanentes originadas por los procedimientos deconstrucción y los efectos de asentamientos de apoyo.CARGAS VARIABLESSon aquellas para las que se observan variaciones frecuentes y significativas en términos relativosa su valor medio. Las cargas variables incluyen los pesos de los vehículos y personas, así como loscorrespondientes efectos dinámicos, las fuerzas de frenado y aceleración, las fuerzas centrífugas,las fuerzas laterales sobre rieles. También corresponden a este grupo las fuerzas aplicadas durantela construcción, las fuerzas debidas a empuje de agua y subpresiones, los efectos de variaciones detemperatura, las acciones de sismo y las acciones de viento.CARGAS EXCEPCIONALESSon aquellas acciones cuya probabilidad de ocurrencia es muy baja, pero que en determinadascondiciones deben ser consideradas por el proyectista, como por ejemplo las debidas a colisiones,explosiones o incendio.Cargas PermanentesPESO PROPIO Y CARGAS MUERTASEl peso propio se determinará considerando todos los elementos que sean indispensables paraque la estructura funcione como tal. Las cargas muertas incluirán el peso de todos los elementos
  41. 41. Universidad de San CarlosFacultad de Ingeniería PUENTESEscuela de Ingeniería Civilno 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 enplanos 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 TIERRALos estribos y otras partes de la estructura que retienen tierra deberán diseñarse para resistir lascorrespondientes presiones, las mismas que serán calculadas de acuerdo con los principios de lamecánica 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 pesoespecífico de 5 kN/m3 (510 kgf/m3)Las características supuestas para el material de relleno deberán ser verificadas con el material enobra y, en caso sea necesario, deberán hacerse los ajustes necesarios para corregir cualquierdiscrepancia.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 amboslados de la estructura de contención.
  42. 42. Universidad de San CarlosFacultad de Ingeniería PUENTESEscuela de Ingeniería CivilCuando se prevea tráfico a una distancia horizontal, medida desde la parte superior de laestructura, menor o igual a la mitad de su altura, las presiones serán incrementadas añadiendouna sobrecarga vertical no menor que la equivalente a 0,60 m de altura de relleno. Cuando sediseñe una losa de aproximación soportada en un extremo del puente, no será necesarioconsiderar dicho incremento de carga.En caso la estructura de contención forme parte de un pórtico rígido, solamente podráconsiderarse en el diseño de losas o vigas hasta el 50% de cualquier efecto favorable debido alempuje de tierra.DEFORMACIONES IMPUESTASLas deformaciones y esfuerzos originados por contracción de fragua o por flujo plástico enelementos de concreto o de madera, los esfuerzos residuales originados por el proceso delaminado o por la soldadura de elementos de acero, los posibles defectos de fabricación o deconstrucción, los desplazamientos de apoyo de diverso origen y otras fuentes de deformaciónserán considerados como cargas permanentes.El proyectista deberá estimar la magnitud de tales acciones y la fracción de las mismas que originaefectos desfavorables en la estructura.Cargas VariablesCARGAS DURANTE LA CONSTRUCCIÓNEl proyectista considerará todas las cargas debidas a pesos de materiales y equipos requeridosdurante la construcción, así como las cargas de peso propio u otras de carácter permanente que seapliquen en cada etapa del proceso constructivo. Deberá preverse la ubicación de todas las cargaspermanentes 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 unaposterior modificación, la carga muerta sea retirada parcialmente, pudiendo reducirse un posibleefecto favorable.Cuando las condiciones de diseño lo requieran, el expediente técnico deberá indicar claramente lasecuencia constructiva.CARGAS VIVAS DE VEHÍCULOSNúmero de vías
  43. 43. Universidad de San CarlosFacultad de Ingeniería PUENTESEscuela de Ingeniería CivilPara efectos de diseño, el número de vías será igual a la parte entera de w/3,60 donde w es elancho libre de la calzada, en metros, medido entre bordes de sardineles o barreras. El ancho decada vía se supondrá igual a 3,60 m, excepto para anchos de calzada entre 6,00 m y 7,20 m, en quese 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 ACELERACIÓNLas fuerzas de frenado y de aceleración se supondrán iguales a 25% de las cargas verticales decada uno de los ejes de los camiones o tándems de diseño correspondientes a las vías con elmismo sentido de tráfico.Sobrecargas en veredasLas 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 simultáneamentecon las cargas vivas debidas al peso de los vehículos.Se exceptúan las veredas de los puentes no urbanos cuyas veredas tengan anchos menores que0,60 m, para los cuales no será necesario considerar esta sobrecarga.Fuerzas sobre sardinelesLos sardineles serán diseñados para resistir una fuerza lateral no menor que 7,5 kN (760 kgf) pormetro de sardinel, aplicada en el tope del sardinel o a una elevación de 0,25 m sobre el tablero siel sardinel tuviera mayor altura.EMPUJE DE AGUA Y SUBPRESIONESPresión EstáticaTodos los pilares y otras partes del puente que estén sujetas al empuje de agua deberán serdiseñados para resistir los esfuerzos más desfavorables en las condiciones de aguas máximas yaguas mínimas.SubpresionesLas subpresiones serán estimadas mediante una red de flujo u otro procedimiento equivalente. Afalta de un estudio detallado, la subpresión en cada punto será calculada como el producto delpeso específico del agua por la diferencia de niveles entre la superficie del agua y el puntoconsiderado.Efectos del Agua en MovimientoEn Dirección Longitudinal
  44. 44. Universidad de San CarlosFacultad de Ingeniería PUENTESEscuela de Ingeniería CivilLa presión debida al movimiento del agua en dirección longitudinal, es decir aquella quecorresponde a la dirección de flujo, será calculada mediante:En Dirección TransversalCuando la dirección de flujo forme un ángulo, θ, con la dirección del pilar se supondrá que sobre lacara lateral del mismo actúa una presión uniforme dada por:
  45. 45. Universidad de San CarlosFacultad de Ingeniería PUENTESEscuela de Ingeniería CivilCARGAS DE VIENTOGeneralidadesLas presiones originadas por el viento se supondrán proporcionales a la velocidad del viento alcuadrado. Para puentes con una altura de 10 m o menos, medida desde el nivel de agua o desde laparte más baja del terreno, se supondrá que la velocidad del viento es constante. Las velocidadesa alturas mayores serán determinadas mediante:
  46. 46. Universidad de San CarlosFacultad de Ingeniería PUENTESEscuela de Ingeniería CivilPresiones horizontales sobre los vehículosLas presiones de viento sobre los vehículos se considerarán como una fuerza de 1,5 kN/m (150kgf/m) aplicada en dirección transversal, en las partes del puente donde resulte desfavorable y a1,8 m de altura sobre el tablero.Presiones verticalesExcepto cuando se determinen las presiones verticales debidas a viento mediante un análisis máspreciso o experimentalmente, se considerará una fuerza vertical hacia arriba, uniformementedistribuida 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 consideraráaplicada a un cuarto de la dimensión total del tablero, hacia barlovento.5.5.EFECTOS DE SISMOAlcances
  47. 47. Universidad de San CarlosFacultad de Ingeniería PUENTESEscuela de Ingeniería CivilLas disposiciones de esta sección son aplicables a puentes con una luz total no mayor que 150 m ycuya superestructura esté compuesta por losas, vigas T o cajón, o reticulados. Para estructuras conotras características y en general para aquellas con luces de más de 150 m será necesario unestudio de riesgo sísmico del sitio. En ningún caso se usarán fuerzas sísmicas menores que lasindicadas en los acápites siguientes.No se requerirá considerar acciones de sismo sobre alcantarillas y otras estructuras totalmenteenterradas.Fuerzas SísmicasLas fuerzas sísmicas serán evaluadas por cualquier procedimiento racional de análisis que tenga encuenta las características de rigidez y de ductilidad, las masas y la disipación de energía de laestructura.Se supondrá que las acciones sísmicas horizontales actúan en cualquier dirección. Cuando sólo serealice el análisis en dos direcciones ortogonales, los efectos máximos en cada elemento seránestimados como la suma de los valores absolutos obtenidos para el 100% de la fuerza sísmica enuna dirección y 30% de la fuerza sísmica en dirección perpendicular.Coeficiente de AceleraciónEl coeficiente de aceleración “A” para ser usado en la aplicación de estas disposiciones deberá serdeterminado del mapa de iso-aceleraciones con un 10% de nivel de excedencia para 50 años devida útil, (Apéndice A), equivalente a un periodo de recurrencia de aproximadamente 475 años.Estudios especiales para determinar los coeficientes de aceleración en sitios específicos deberánser 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 deretorno, debería ser considerado.Categorización de las EstructurasPara efectos de establecer los procedimientos mínimos de análisis, así como para determinar loscoeficientes de modificación de la respuesta en distintos casos, los puentes se clasificarán en trescategorías de importancia: 1. Puentes críticos. 2. Puentes esenciales, u 3. Otros puentes
  48. 48. Universidad de San CarlosFacultad de Ingeniería PUENTESEscuela de Ingeniería CivilLos puentes esenciales son aquellos que como mínimo deberán quedar en condiciones operativasdespués de la ocurrencia de un sismo con las características de diseño, a fin de permitir el paso devehículos de emergencia y de seguridad o defensa. Sin embargo algunos puentes deberánpermanecer operativos luego de la ocurrencia de un gran sismo, que supere al sismo de diseño, ypermitir en forma inmediata el paso de vehículos de emergencia, y de seguridad o defensa. Estosdeberán ser considerados como puentes críticos. DISEÑO DE PUENTE VEHICULARDescripción del problema: El puente cubrirá una luz entre apoyos de 12.00 m y será de dos vías con un ancho derodadura de 6.00 m y un ancho total de 8.00m. Está conformado por una súper estructura deconcreto armado, conformada por una losa plana. Banquetas, tres vigas principales y dosdiafragmas. La subestructura estará conformada por estribos de concreto ciclópeo y vigas deapoyo 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 / cm2Esfuerzo máximo del acero (f´y) 2,810.00 Kg / cm2Peso volumétrico del concreto ciclópeo 2,700.00 Kg / cm2Peso volumétrico del concreto armado (Wc) 2,400.00 Kg / cm2Peso volumétrico del suelo (Ws) 1,800.00 Kg / cm2Capacidad soporté del suelo (Vs) 20,000.00 Kg / cm2Profundidad de la cimentación (H) 4.00m.Sobre carga (eje más pesado H15-44) 12,000.00 lbs.
  49. 49. Universidad de San CarlosFacultad de Ingeniería PUENTESEscuela de Ingeniería CivilDiseño de superestructura:La súper estructura está compuesta de elementos como: vigas, diafragmas, losas, barandas ybanquetas. 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 determinarcómo 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 geometríaadoptada 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. = 0.20mCalculo del peralte
  50. 50. Universidad de San CarlosFacultad de Ingeniería PUENTESEscuela de Ingeniería CivilEl espesor de la losas para puentes de concreto armado va de 15 cm, espesor minimo, hasta 25cm, espesor máximo según AASHTO. Por las carateristicas del puente y para efectos del ejemplo setoma un espesor de losa de 20 cm.Donde:d= peraltet= 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= 0.20-0.025-0.0127/2d= 0.1686= 16.86 cm.Calculo de Momentos y esfuerzosMomento por carga muertaDonde:Wcm= carga muerta ultimaL= luz libre entre vigasCalculo:Wcm= Wc*T*1= 2,400*0.2*1= 480 Kg/m de ancho
  51. 51. Universidad de San CarlosFacultad de Ingeniería PUENTESEscuela de Ingeniería Civil = 108 kg-mMomento por Carga Viva:S= Luz libre entre vigasP= peso del eje más pesado (lb)Peso del eje más pesado P= 12,000 lb. = 306.15 kg-mMomento debido al impactoLa carga de impacto es un incremento en el momento producido por la carga vida. Tiene que sermenor o igual al 30%I= fracción de impacto, siendo Imax= 30%S= longitud del tramo donde la carga produce el máximo esfuerzo
  52. 52. Universidad de San CarlosFacultad de Ingeniería PUENTESEscuela de Ingeniería CivilComo 38.5% > Imax entonces utilizar Imax= 30%Calculo de momento último:La integración de momentos producidos por las distintas fuerzas que afectan la estructura, lasnormas AASHTO lo simplifica con la siguiente formula: Mu= 1,002.72 Kg-mCalculo de refuerzoRefuerzo transversal principal en la cama inferiorEstas losas se toman como vigas rectangulares para simplificar el análisis, calculando para una tirade 1.00m de ancho y de canto igual al espesor de la losa, cortada perpendicularmente a las vigasde apoyo.El valor de refuerzo transversal lo obtendremos con la siguiente formula:Donde:As= Area de acero en cm2f´c= modulo de fluencia del concreto en Kg/cm2Fy= Modulo de fluencia del acero en Kg/cm2Mu= momento ultimo en Kg-mb= base de 1.00m.
  53. 53. Universidad de San CarlosFacultad de Ingeniería PUENTESEscuela de Ingeniería Civild= peralte efectivo en m.Datos:f´c= 210 Kg/cm2Fy= 2,810 Kg/cm2Mu= 100,272 Kg-cm.b= 100 cm.d= 16.86 cm. As=2.38cm2Area de acero minima:Asmin= 8.46cm2Area de acero maxima:
  54. 54. Universidad de San CarlosFacultad de Ingeniería PUENTESEscuela de Ingeniería CivilDonde: =0.85(f´c ≤ 280 kg/cm2)Es= 2.06x106Φ= 0.90 kg/cm2Calculo: = 0.0391 = 0.05*Asmax= *b*dAsmax= 0.5*0.0391*100*16.86Asmax=32.98 cm2Las normas ACI indican lo siguiente: Asmin≤ As ≤AsmaxEl área calculada tiene que ser mayor que el área de acero mínima y mayor que el área de aceromáxima. Como no cumple, ya que el área mínima es mayor que el área calculada, se usara el valordel área de acero mínimo (Asmin= 5.96cm2) con esta cantidad de acero se porta un momento de3,464.78 kg-mDistribución de Varillas:La separación entre varillas no deberá ser mayor que el espaciamiento máximo. El espaciamientomáximo: 2t = 2*0.20 = 0.40m Utilizando varilla No.4 (1.27 cm2) se distribuye de la manera siguiente:
  55. 55. Universidad de San CarlosFacultad de Ingeniería PUENTESEscuela de Ingeniería CivilUsar varilla No.4 G40 @15 cm. (Cama inferior)Refuerzo transversal cama superior:Astemp= 0.002btAstemp= 0.002*100*20= 4.00 cm2Utilizando varilla No.4 (1.27 cm2) se distribuye de la manera siguiente:Usar varilla No. 4 G40 @ 30cm.Refuerzo longitudinal inferior para cama superior y cama inferiorDe 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 > 0.67As= 0.67*8.46= 5.67cm2Utilizando varilla No.4 (1.27 cm2) se distribuye de la manera siguiente:Usar varilla No.4 G40 @ 22cm.Diseño de losa en voladizo
  56. 56. Universidad de San CarlosFacultad de Ingeniería PUENTESEscuela de Ingeniería CivilSegún especificaciones de la AASHTO se recomienda que los pasamanos sean diseñados con lascargas 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 voladizoCarga MuertaP1= barandal= 0.15*0.30*2400= 108 kg/mP2= 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/MP3= acera= 0.85*0.15*2400= 306 kg/mP4= bordillo= 0.17*0.08*2400= 32.64 kg/mP5= losa= 1*0.20*2400= 480.00 kg/mCalculo de centroides:X1= 1.700
  57. 57. Universidad de San CarlosFacultad de Ingeniería PUENTESEscuela de Ingeniería CivilX2= 1.750X3= 1.425X4= 1.075X5= 0.500Cálculo de MomentosPor carga muerta:Mm= P1X1 + P2X2 + P3X3 + P4X4 + P5X5Mn= 108*1.70 + 23.75*1.75 + 306*1.425 + 32.64*1.075 + 480*0.5Mn= 935.99 kg-mPor carga vivaMcv= P6X6 + P7X7 + P8X8Mcv= 100*5.58 + 300*2.87 + 500*1.15Mcv= 1,994 lb-pie= 276.33 kg-mMomento producido por la rueda del camión caso AP= 12,000 lbsE= 0.8*X + 3.75X= distribución de rueda-empotramientoE= 0.8*0.49 + 3.75= 4.14
  58. 58. Universidad de San CarlosFacultad de Ingeniería PUENTESEscuela de Ingeniería CivilM= 255.87 kg-mMomento por impactoCarga viva + impacto= 196.83*130= 255.87 kg-mMomento ultimoMu= 2,369.89 kgCalculo de refuerzoComo el refuerzo utilizado en el interior de la losa resiste un momento de 3,464.78 kg-m y elmomento es 2,369.89 kg-m. Se utiliza el mismo refuerzo para la losa en voladizo.8. DISEÑO DE DIAFRAGMAS Y VIGASDISEÑO DE VIGASPara 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 lasespecificaciones como se describe a continuación:Luz a línea central de apoyos Lca=11.60mLuz libre Li=11.10Luz eficaz Le=12.00mPeralte d=8%Lca d=0.08*11.60 d=0.925m d=90cmBase b=1/2xd b=0.5*0.90 b=0.45m b=50cm
  59. 59. Universidad de San CarlosFacultad de Ingeniería PUENTESEscuela de Ingeniería CivilPre dimensionamiento de diafragmaDiafragma interior=3/4Hviga=0.75(90-20)=52.5cm=0.55mb=0.30m (ancho normal de la base)Wdiaf=2400*0.55*0.30=396.00Kg/mFactor de distribuciónE factor de distribución es la proporción de la carga viva que absorbe cada vigaPuente: 1 vía =S/6.5 si S≤6’Puente: 2 vías =S/6 si S≤10 S=espaciamiento entre vigas en pies a ejesDISEÑO DE DIAFRAGMASegún aashto 1.7.4. cuando la luz de la superestructura es mayor que 40 pies, es necesario colocardiafragmas en el punto medio y en los tercios de la luz.Os diafragmas son elementos estructurales diseñados para soportar las deformaciones laterales ytransversales de las vigas de la superestructura de un puente. Entre las deformaciones quepresentan las vigas figuran: el alabeo y el pandeo lateral.Los diafragmas externos transmiten su propio peso directamente a los apoyos y los interiorestransmiten su carga proporcional mente a las vigas como cargas puntuales. Debido a que no estándiseñadas 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 delapoyo, dado que la luz del puente es de 12.00m. para determinar su altura es necesario conocer laatura de las vigas principales, ya que los diafragmas se hacen aproximadamente ¾ de altura deviga. En cualquiera de los casos, la altura mínima será de 50.00cm.h=3/4hviga=3/4(0.90-0.20)=0.525m=0.55mEl ancho será de 30.00cm, pues se considera que dicho ancho es el mínimo recomendable por lafacilidad de construcción. El recubrimiento mínimo debe ser de 5cm.
  60. 60. Universidad de San CarlosFacultad de Ingeniería PUENTESEscuela de Ingeniería CivilRefuerzo longitudinalEl refuerzo a colocar es el acero mínimo, en dos camas, superior e inferior. Se recomienda unrefuerzo 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=8.28cm2Utilizando varilla No.6 (2.85cm2), se distribuye de la manera siguiente:2.85cm2__________________1var→ X=2.90→ 3 varillas N0.6 G408.28cm2__________________X→Colocar 3 varillas N0. 6 G40 (cama superior e inferior)Refuerzo transversaLos estribos deben ir espaciados a un máximo de 1/2d.S= espaciamiento de estribosSmax=1/2d→ Smax=1/2(0.55)=0.275mColocar estribos y eslabones de varilla No. 4 G40 @ 25cmRefuerzo adicionalse 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=2.91cm2Utilizando varilla N0. 4 (1.27cm2), se distribuye de la manera siguiente:Colocar 3 varillas No. 4 G40.  CONSIDERACIONES SOBRE DISEÑO ESTRUCTURALLa estructura es y ha sido siempre un componente esencial de la Arquitectura, y es precisamenteel Arquitecto quien, durante el proceso de diseño, debe crear o inventar la estructura y darleproporciones correctas.
  61. 61. Universidad de San CarlosFacultad de Ingeniería PUENTESEscuela de Ingeniería CivilPara crear y darle proporciones correctas debe seguir el camino intuitivo y elcientífico, tratando de lograr una combinación armónica entre la intuición personal y la cienciaestructural. El diseño es un proceso creativo mediante el cual se definen las características de unsistema de manera tal que cumpla, en forma óptima, con sus objetivos. Precisamente, el objetivode un sistema estructural es equilibrar las fuerzas a las que va a estar sometido, y resistir lassolicitaciones sin colapso o mal comportamiento (excesivas deformaciones). La bondad del diseñodepende esencialmente del acierto que se haya tenido en componer un sistema estructural, omecanismo resistente, que resulte el más idóneo para resistir las acciones exteriores.Veamos la intervención de la estructura en las distintas etapas del proceso dediseño. Desde su primera actividad como diseñador, la de los croquis preliminares, el Arquitectodeberá organizar en el espacio que está creando los distintos planos o elementos estructuralesque aportarán estabilidad (para cargas verticales y laterales) a la forma arquitectónica. De estamanera logrará que el fenómeno del equilibrio no sólo esté presente en el proceso de diseño, sinoque sea uno de sus generadores. Durante los croquis preliminares debe tenerse en cuenta laestructura, integrándola a la generación de la forma arquitectónica, de modo tal que no resulte unagregado puramente tecnológico, sin valor en sí mismo o, como muchas veces ocurre, con valoresnegativos.En la segunda etapa del proceso de diseño, la de anteproyecto, el Arquitecto deberá darproporciones a los elementos estructurales, esto es predimensionarlos de manera de poderasegurar la factibilidad del diseño. El conocimiento conceptual del funcionamiento de los distintosmecanismos resistentes es una gran ayuda para poder cumplir exitosamente con estaintervención. Finalmente, en la etapa de proyecto definitivo, los cálculos y comprobacionesservirán para definir detalles, ratificar las proporciones dadas a las piezas estructurales, o en sudefecto, rechazar la viabilidad del sistema propuesto.Condiciones mínimas de estabilidadComo criterio general para lograr la estabilidad de un edificio frente a la acción de cargasgravitatorias y cargas laterales (viento, sismo), es necesario contar con un mínimo de planosresistentes, éstos son: tres planos verticales, no todos ellos paralelos ni concurrentes, y un planosuperior 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 osismo en la dirección perpendicular a sus planos. Los planos en C no pueden resistir una rotaciónalrededor del punto H. Cuando se habla de fuerzas laterales se refiere a fuerzas provenientes de laacción del viento o sismo sobre las estructuras. Para el diseño sísmico en particular, se manejanen la actualidad métodos de análisis estructural basados en hipótesis (simplificadas o no) quetratan de representar, lo más fielmente posible, el hecho físico real o comportamiento del edificioen el momento del sismo.Uno de los métodos de diseño que se utiliza está basado en efectos estáticosequivalentes. Esto significa que se consideran fuerzas horizontales aplicadas aledificio de manera que produzcan efectos similares a los que sufriría en el momento del sismo. Endefinitiva, se quiere con ello predecir el comportamiento del edificio.
  62. 62. Universidad de San CarlosFacultad de Ingeniería PUENTESEscuela de Ingeniería CivilAspectos formales de la estructuraLos sismos han demostrado repetidamente que las estructuras más simples tienen la mayoroportunidad de sobrevivir. Teniendo en cuenta que el sismo es un hecho físico eminentementedinámico, para que el método estático mencionado anteriormente sea representativo, esnecesario contar con cierta SIMETRÍA ESTRUCTURAL: REGULARIDAD EN PLANTA Y EN ALTURA. Siesto no ocurre, no se puede predecir el comportamiento del edificio diseñado y los cálculos que serealicen posiblemente no tengan mucho que ver con la realidad.Por lo enunciado precedentemente, se hace necesario plantear algunos principios básicos para laselección 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 estructuraleshorizontales en los cuales se formen articulaciones antes que en los elementos verticales; habersido proyectada de modo tal que los elementos estructurales se relacionen de manera de permitirel buen detallado de las uniones.Sin lugar a dudas, la restricción a la libertad arquitectónica que implican losconceptos anteriores, agrega un condicionante más al diseño en zonas sísmicas, pero por otraparte obligan al proyectista a incorporar conceptos básicos de equilibrio y organización uordenamiento estructural desde la primera etapa del proceso de diseño.Sistemas estructurales resistentes a fuerzas lateralesLa mayoría de los sistemas estructurales de edificios lateralmente resistentesconsisten en alguna combinación de elementos verticales con elementoshorizontales o inclinados. Los elementos verticales más comunes son los muros de mamposteríacon la tecnología adecuada para resistir fuerzas laterales en su plano, las triangulaciones y losmarcos rígidos o pórticos. El elemento horizontal más frecuente es la estructura de cubierta oentrepiso, con suficiente resistencia y rigidez para crear un plano indeformable denominadodiafragma. Éste funciona recibiendo fuerzas horizontales en un nivel determinado del edificio ydistribuyéndolas entre los elementos verticales del sistema lateralmente resistente.Uso de juntas de controlEl método general de diseño para cargas laterales consiste en ligar toda la estructura paragarantizar su movimiento como una unidad. Sin embargo, a veces, debido a la forma irregular o algran tamaño del edificio, puede ser deseable controlar el comportamiento bajo cargas lateralesmediante el uso de juntas de separación estructural, permitiendo el movimiento completamenteindependiente 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 diferentesparámetros:
  63. 63. Universidad de San CarlosFacultad de Ingeniería PUENTESEscuela de Ingeniería Civil  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 desplazamientosEn función de su utilidad o situación:Pilares: es una barra apoyada verticalmente, cuya función es la de soportar cargas o el peso deotras 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 muydiversos, 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 desección 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.
  64. 64. Universidad de San CarlosFacultad de Ingeniería PUENTESEscuela de Ingeniería CivilMuros: van a soportar los esfuerzos en toda su longitud, de forma que reparten las cargas. Losmateriales de los que están construidos son variados: la piedra, de fábrica de ladrillos, dehormigón, 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 demadera.
  65. 65. Universidad de San CarlosFacultad de Ingeniería PUENTESEscuela de Ingeniería Civil8.7.LÍNEAS DE INFLUENCIALíneas de influenciaConsiderando la forma en que actúan las cargas en una estructura vemos que se pueden clasificaren cargas permanentes (muertas), cargas no permanentes o vivas y/o cargas de construcción. Lacarga permanente, como su nombre lo dice, siempre estará presente en la vida útil de laestructura y producirá sobre esta efectos constantes; la carga viva o no permanente fluctúa tantoen 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 laestructura produciríamos los efectos máximos en ella, esta afirmación no es cierta y requiere deun 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 siactúa solo en el tramo apoyado; en este ejemplo sencillo nos percatamos de la importancia desaber colocar la carga para que produzca los efectos máximos y así cuando diseñemos nocorramos el peligro de que nuestra estructura falle.
  66. 66. Universidad de San CarlosFacultad de Ingeniería PUENTESEscuela de Ingeniería CivilEn este capítulo estudiaremos el método de las líneas de influencia para colocar la carga viva ovariable de tal manera que produzca efectos máximos de corte, flexión, reacciones y deflexionestanto para cargas puntuales como para cargas distribuidas.La línea de influencia es un grafico que define la variación de un esfuerzo (corte, momento flectoro torsor), reacción o deflexión en un punto fijo de la estructura a medida que se mueve una cargaunitaria 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 definidasy el otro define como varía V, M o δ en un punto específico cuando se mueve una carga unitariasobre 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 simplementemultiplicando 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, bandastransportadoras 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 odeflexión y la abscisa representa la posición de una carga unitaria. Para su construcción se defineel punto de estudio sobre la estructura, se comienza a variar la posición de la carga puntual y seencuentra el valor del esfuerzo interno a medida que se mueve la carga, se puede construir unatabla del valor de la función vs la posición de la carga y después se grafica. Otro método esencontrando 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 R A.Otro método es encontrando la ecuación de la variación de la reacción en A a medida que semueve una carga unitaria. Se parte de encontrar esa reacción en función de la posición x de lacarga P=1,0. Aplicando ecuaciones de equilibrio o encontrando la reacción por proporcionestenemos:Notemos que la ecuación tiene pendiente negativa y con una variación lineal para R A.
  67. 67. Universidad de San CarlosFacultad de Ingeniería PUENTESEscuela de Ingeniería CivilPara obtener el valor de la reacción en A para cualquier carga P, se multiplica la ordenada de lalínea 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 elmétodo de las secciones:En vista de que siempre es una carga puntual, se parte de encontrar primero las reacciones enfunción de la posición x y después se aplica el método de las secciones partiendo por el punto alcual se le quiere determinar la línea de influencia:Haciendo equilibrio en la sección y localizando la carga en x>0 tenemos:
  68. 68. Universidad de San CarlosFacultad de Ingeniería PUENTESEscuela de Ingeniería CivilEn este caso concluimos que la línea de influencia del cortante en A es igual a la de la reacción enANote 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/2Siempre 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 estáactuando la carga unitaria: , de donde
  69. 69. Universidad de San CarlosFacultad de Ingeniería PUENTESEscuela de Ingeniería CivilPara x>L/2 se toma la sección A-C para equilibrio:Línea de influencia para el cortante en C:Momento en C:
  70. 70. Universidad de San CarlosFacultad de Ingeniería PUENTESEscuela de Ingeniería CivilUSO DE LAS LÍNEAS DE INFLUENCIA:1. Caso de cargas puntuales: Para cualquier carga puntual P se multiplica el valor de la ordenadaen 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 demáxima ordenada.EjemploConstruya la línea de influencia para el cortante y momento en el punto B y diga en que puntosdebe colocar una carga puntual para producir los máximos efectos de cortante y momento en B.Encontremos las reacciones en función de x:
  71. 71. Universidad de San CarlosFacultad de Ingeniería PUENTESEscuela de Ingeniería CivilLíneas de influencia para corte y momento en B:0 < x < 4mPara 4<x<8mLíneas de influencia:
  72. 72. Universidad de San CarlosFacultad de Ingeniería PUENTESEscuela de Ingeniería CivilVBMBSe producen dos puntos donde puede actuar P y obtener el máximo momento en B, estos dospuntos son: x=0 y x=4m. Para el cortante se debe colocar la carga en x=4m para obtener el mayorcortante 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 tramoscolocar 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 laordenada “y” de la línea de influencia multiplicada por el valor de la carga actuante P; entoncespara una serie de cargas P, o sea una carga distribuida, el valor del cortante, momento o reacciónse 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 cargadistribuida 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, siqueremos obtener valores máximos debemos colocar la carga distribuida sobre áreas que sumen,con el signo correspondiente, a un valor existente.
  73. 73. Universidad de San CarlosFacultad de Ingeniería PUENTESEscuela de Ingeniería CivilEjemplo:Determine donde debe colocar una carga distribuida para producir el mayor cortante negativo ymomento en el punto ..C.Para producir el máximo cortante negativo debemos cargar la viga en la zona de la línea deinfluencia con área negativa y para el momento máximo cargamos toda la viga ya que toda el áreaes positiva.
  74. 74. Universidad de San CarlosFacultad de Ingeniería PUENTESEscuela de Ingeniería CivilComo hacer las líneas de influencia de una forma rápida?Principio de Muller-BreslauLa de la línea de influencia en un punto dado para la cortante o momento esta dada por ladeformada de la viga al aplicar ese momento o cortante en el punto determinado, retirando lacapacidad de la viga para aguantar esa función.Línea de influencia para reacción en ARodillo internoArticulaciónLas ordenadas de la línea de influencia de un esfuerzo cualquiera de una estructura sonproporcionales a las de la curva de deformación que se obtiene al suprimir la restriccióncorrespondiente a ese esfuerzo y aplicando en ese lugar el esfuerzo especificado.
  75. 75. Universidad de San CarlosFacultad de Ingeniería PUENTESEscuela de Ingeniería CivilDEFINICIÓN DE LÍNEAS DE INFLUENCIADefiniremos como líneas de influencia de una solicitación (o deformación), en la sección A-A, a undiagrama tal, que su ordenada en un punto i mida, en una determinada escala, el valor de lasolicitación en la sección A-A (o de la deformación), cuando en el punto i de referencia actúa unacarga de valor unitario.En el caso de la figura, diremos que ηMf(A) es la Línea de Influencia del momento flector en A, sise cumple que la ordenada δi representa el valor del momento flector en A para una carga P = 1aplicada 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 * (escalade L. de I.)Esto mismo puede aplicarse para otros estados de carga y otras solicitaciones, reacciones ,deformaciones, etc.LÍNEA DE INFLUENCIA DE UNA REACCIÓNDeseamos la L. de I. de RA que denominamos con ηRA. Eliminamos el apoyo A, colocamos elesfuerzo correspondiente al vínculo suprimido, y damos un desplazamiento ΔA en el apoyo almecanismo formado.R 1tn. ∴ η = η Δ= ηDonde vemos que RA es proporcional a la coordenada η i o sea que ηi en una eterminada escalapuede representar el valor de RA para una carga unitaria aplicada en i, donde A 1Δ se puedeincorporar como factor de escala.
  76. 76. Universidad de San CarlosFacultad de Ingeniería PUENTESEscuela de Ingeniería CivilLÍNEA DE INFLUENCIA DEL MOMENTO FLECTORDeseamos la L. de I. del MfH en la sección HH. Para ello eliminamos el vínculo que transmite elmomento en dicha sección introduciendo una articulación. A la cadena cinemática formada, doyun desplazamiento virtual y aplico el P.T.V despues de explicitar el MfH en la sección (+ tracciónabajo).−MfH .ΔH +1tn.ηi = 0Mf I A H i HMf 1tn. ∴ η = η Δ= ηCon las mismas condiciones anteriores podemos decir que el diagrama cinemático es en unadeterminada escala la línea de influencia buscada.
  77. 77. Universidad de San Carlos 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
  78. 78. Universidad de San CarlosFacultad de Ingeniería PUENTESEscuela de Ingeniería CivilSon muchos los problemas que se presentan durante la vida útil de un puente, a continuacióntrataremos 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 muydiversos 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 papelpredominante en otros fenómenos: reacción árido-álcali.En las estructuras metálicas resulta evidente la importancia de evitar la presencia permanente endeterminadas 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 permanentementese 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 cordóninferior de la viga, suben por el alma, al principio verticalmente, y luego se inclinan bajo lainfluencia del esfuerzo cortante cuando se aproximan a los apoyos.Solo pueden existir fisuras inclinadas en el alma, en la cercanía de los apoyos, son fisurasproducidas 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 flexiónde la estructura.Se logra el objetivo de la reparación poniendo en una obra un pretensado adicional después dehaber inyectado las fisuras que estén suficientemente abiertas; el umbral de una inyección es delorden de 0.2 a 0.3 mm.Por su proximidad al mar, las altas temperaturas del verano y los vientos dominantes, el puenteestá sometido a un ambiente altamente agresivo, lo que unido a la deficiente calidad de losmateriales 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 previoaviso, poniendo en peligro la estabilidad del puente. Esta corrosión por lo general puede serdebida a dos causas: recubrimientos defectuosos o insuficientes o fallos en la inyección de lasvainas.Perdidas de recubrimiento, oxidación de armaduras, grietas y fisuras generalizadas en todos loselementos del puente, más a menudo en el tablero y las zonas próximas a las juntas y los drenes.

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