Puentes Mixtos 4d64h

Contenido CAPITULO I ................................................................................................................................................................................3 1.1 INTRODUCCION ................................................................................................................................................................4 1.2 OBJETIVOS ..........................................................................................................................................................................5 1.3 ALCANCES..........................................................................................................................................................................6 1.4 LIMITACIONES ....................................................................................................................................................................6 1.5 JUSTIFICACION ..................................................................................................................................................................7 CAPITULO II ...............................................................................................................................................................................8 2.1 MARCO TEORICO .............................................................................................................................................................9 2.2 CONCEPTOS GENERALES Y DEFINICIONES:................................................................................................................9 2.2.1 Puente (según la ingeniería civil): .......................................................................................................................9 2.2.2 Partes que Constituyen un Puente: .....................................................................................................................9 2.2.3 Puentes Mixtos: .........................................................................................................................................................9 2.2.4 Otros tipos de Puentes: ...........................................................................................................................................9 2.3 PUENTES MIXTOS ..............................................................................................................................................................10 2.3.1 Propósito de Construir un Puente ......................................................................................................................10 2.3.2 Estructura de un Puente Mixto ...........................................................................................................................11 2.3.3 Ventajas de construir un Puente Mixto ............................................................................................................11 2.3.4 Construcción de Puentes Mixtos a lo largo de la Historia...........................................................................11 2.3.4.1 Entre los grandes puentes mixtos se pueden citar los siguientes: .................................................11 2.3.5 Partes de un Puente Mixto...................................................................................................................................12 2.3.5.1

Subestructura o Infraestructura .................................................................................................12

2.3.6 Materiales considerados para la Construcción de Puentes Mixtos .........................................................14 2.3.6.1

Para las fundaciones ...................................................................................................................14

2.3.6.2

Para las Pilas y Estribos .................................................................................................................15

2.3.6.3

Para la Superestructura...............................................................................................................15

2.3.6.4

Para los elementos intermedios.................................................................................................15

2.3.7 Datos de las condiciones donde se va a Construir el Puente ..................................................................17 2.3.7.1 Condiciones Naturales ..........................................................................................................................17 2.3.7.2 Condiciones Funcionales ......................................................................................................................19 2.3.7.3 Condiciones Socioeconómicas ...........................................................................................................20 CAPITULO III.............................................................................................................................................................................21 3.1 CONCLUSIONES ..............................................................................................................................................................22 3.2 RECOMENDACIONES ....................................................................................................................................................23 3.3 BIBLIOGRAFIA...................................................................................................................................................................24 3.4 ANEXOS .............................................................................................................................................................................25

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UNIVERSIDAD TECNICA LATINOAMERICANA (UTLA)

DISEÑO DE PUENTES

CAPITULO I

UNIVERSIDAD TECNICA LATINOAMERICANA (UTLA) / CICLO I-2018

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DISEÑO DE PUENTES

1.1 INTRODUCCION

El objeto del presente ensayo de investigación es tratar de profundizar sobre los efectos diferidos en los puentes mixtos; considerando a aquellos formados por distintos materiales y propiedades tenso-deformacionales, describiendo los conceptos básicos, su historia y el propósito de la construcción de puentes mixtos de hormigón y acero, incluso se ha utilizado madera y ha sido desde hace muchos años una técnica muy exitosa, por el hecho de que se han obtenido resultados muy superiores a los previstos originalmente pero sus avances y desarrollo han sido poco difundidos. Una de las primeras utilizaciones conjuntas de varios materiales es el puente de Carrousel, construido en Paris en 1834 por el ingeniero Antoine Rémy Polonceau, presentaba tres arcos metálicos de 48 mts. de luz formados por dos bóvedas cilíndricas de fundición. Es ahí donde se desarrollan los primeros puentes compuestos de madera y hormigón, expandiendo su técnica y avances a diversos países, por medio del cuerpo militar del trabajo de los Estados Unidos. Estos primeros puentes fueron construidos en tramos cortos y buscando una solución intermedia entre viaductos de hormigón armado y los de madera en bruto. Estudios realizados por McCullough (1943) se enfocaron en la resistencia última y en las deformaciones de estas estructuras, así como también de su respuesta a cargas repetitivas y a temperatura. Investigaciones posteriores han demostrado que este tipo de estructuras tiene una resistencia y durabilidad dos veces mayor que una construida solamente con madera y su rigidez mejora considerablemente, 3 a 4 veces superior. También se verificó que son ejecutadas de forma más rápida y con menor cantidad de encofrados, por la ayuda que proporcionan las vigas de madera para esto. La clave del beneficioso comportamiento estructural es la conexión efectiva de la viga de madera con la losa de hormigón para garantizar la colaboración estructural. En la literatura se encuentra una amplia gama de conectores especialmente elaborados para su uso en puentes, pero que resultan difíciles de fabricar u obtener. El objetivo del presente estudio es el de evaluar y calibrar la construcción de vigas mixtas madera-hormigón para puentes con conectores simples, del tipo tirafondos. Los resultados del estudio permiten la fácil introducción de la construcción mixta madera-hormigón con los materiales usados comúnmente en el país.


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1.2 OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

OBJETIVOS ESPECIFICOS


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1.3 ALCANCES

1.4 LIMITACIONES


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1.5 JUSTIFICACION


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CAPITULO II


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DISEÑO DE PUENTES

2.1 MARCO TEORICO 2.2 CONCEPTOS GENERALES Y DEFINICIONES:

2.2.1 Puente (según la ingeniería civil): El puente es una estructura que forma parte de caminos, carreteras y líneas férreas y canalizaciones, construida sobre una depresión, río, u obstáculo cualquiera. El diseño de cada puente varía dependiendo de su función y de la naturaleza del terreno sobre el que se construye.

2.2.2 Partes que Constituyen un Puente: Estos constan fundamentalmente de dos partes; la superestructura, o conjunto de tramos que salvan los vanos situados entre los soportes, y la infraestructura (apoyos o soportes), formada por las pilas, que soportan directamente los tramos citados, los estribos o pilas situadas en los extremos del puente, que conectan con el terraplén, y los cimientos, o apoyos de estribos y pilas encargados de transmitir al terreno todos los esfuerzos.

2.2.3 Puentes Mixtos: En términos de ingeniería civil, es un puente formado por acero y hormigón sin mezclarse como se da en el hormigón armado y en el pretensado. Debido a las propiedades de cada uno de los dos elementos que componen este tipo de puentes, se puede sacar el mejor provecho de cada uno de ellos. Así, mientras el hormigón resiste la compresión, las barras de acero resisten la tracción. Una de las principales ventajas de los puentes mixtos, y por ello sustituyen a los puentes pretensados, incluso en luces pequeñas, es que su construcción se puede hacer igual que la de un puente metálico con las ventajas que esto representa por su mayor ligereza.

2.2.4 Otros tipos de Puentes: Según su estructura; tenemos los puentes fijos (Puente viga, en arco, en ménsula, colgante, y puente atirantado) y móviles (Puente basculante, giratorio, retráctil, de elevación vertical, y puente transbordador). Según su material; tenemos los puentes de cuerdas, madera, mampostería, metálico, hormigón armado, y puentes de hormigón pretensado).


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2.3 PUENTES MIXTOS

Figura 1. Construcción de un Puente Mixto

2.3.1 Propósito de Construir un Puente El propósito de estas estructuras y las diversas formas arquitectónicas adoptadas se pueden definir como; “obras de arte destinadas a salvar corrientes de agua, depresiones del relieve topográfico, y cruces a desnivel que garanticen una circulación fluida y continua de peatones, agua, ductos de los diferentes servicios, vehículos y otros que redunden en la calidad de vida de los pueblos.” La estructura mixta es una nueva forma de colaboración del acero y el hormigón, en este caso yuxtapuestos, no mezclados como en el hormigón armado y pretensado, pero sí conectados entre sí para que trabajen conjuntamente. Una de las dificultades de los puentes metálicos fue durante mucho tiempo la materialización de la plataforma de rodadura de las carreteras. Inicialmente la mayoría de los tableros de los puentes metálicos eran de madera; cuando apareció el hormigón armado se utilizaron con frecuencia losas de hormigón; también había puentes con tablero abierto, hecho con una rejilla de pletinas metálicas ortogonales colocadas verticalmente para conseguir rigidez a flexión. A pesar de ello se ha utilizado en puentes bastante recientes. La innovación de la estructura mixta ha sido incorporar la losa de hormigón de la plataforma a la estructura resistente.


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2.3.2 Estructura de un Puente Mixto En principio la estructura mixta se compone de una cabeza inferior metálica, almas del mismo material, y una cabeza superior de hormigón, conectadas entre sí; el acero debe resistir la tracción y el hormigón la compresión. Este reparto de funciones está muy claro en la viga simplemente apoyada, porque la tracción se produce en la cabeza inferior metálica, y la compresión en la superior del hormigón.

2.3.3 Ventajas de construir un Puente Mixto Una de las principales ventajas de los puentes mixtos, y por ello sustituyen a los puentes pretensados, incluso en luces pequeñas, es que su construcción se puede hacer igual que la de un puente metálico con las ventajas que esto representa por su mayor ligereza. Es más fácil montar un cajón metálico de 30 ó 40 m de luz que uno de hormigón; una vez montado el cajón metálico sólo queda hacer el tablero de hormigón, bien in situ, o bien prefabricado. Esta solución es clásica en pasos superiores sobre autopistas en funcionamiento.

2.3.4 Construcción de Puentes Mixtos a lo largo de la Historia Los ensayos de estructuras mixtas se iniciaron poco antes de la Guerra del 14, en el Laboratorio Nacional de Física en Inglaterra. Después de la Segunda Guerra Mundial este sistema se extendió por todo el mundo, llegando en el momento actual a ser casi tan conocido como los puentes metálicos o los puentes de hormigón. Actualmente se construyen puentes mixtos por todo el mundo, generalmente de luces medias. 2.3.4.1 Entre los grandes puentes mixtos se pueden citar los siguientes:

En los primeros años 60 se terminó el puente Merstla sobre el río Meuse y sobre el canal Albert. El tramo sobre el río tiene tres vanos 65+110+65 y el del canal 51+85+50; son puentes cantiléver con viga apoyada en medio; esto obliga a que la losa superior de hormigón de las ménsulas esté fuertemente pretensada. Se construyeron por voladizos sucesivos. El puente de Tortosa, tiene tres vanos de 102+180+102 m de luz y se terminó en 1988. El tablero tiene un tramo de hormigón sobre las pilas, y a él se empalma la estructura metálica en cajón trapecial, tanto en el vano central como en los de compensación.


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El puente sobre el río Caroní en Ciudad Guyana, Venezuela, para ferrocarril y carretera, tiene una luz máxima de 213 m; se terminó en 1992 y es actualmente el puente viga mixto de mayor luz. Es una viga continua en cajón bicelular con un canto máximo de 14 m. La losa superior es de hormigón, y la inferior metálica reforzada con hormigón en la zona próxima a las pilas principales, igual que le puente de Tortosa. También es estructura mixta el puente sobre el río Main en Nautenbach, terminado en 1994. La estructura metálica es triangulada con una triangulación Warren de canto variable, máximo de 15,60 m sobre apoyos. El que fue el mayor puente atirantado del mundo desde 1986 a 1991, el de la isla de Annacis sobre el río Fraser en Canadá, de 465 m de luz, tiene tablero mixto, y también el que fue el mayor de 1993 a 1995, el puente de Yang-pu sobre el Huang-pu en Shangai, China, con una luz principal de 602 m. El problema singular de las estructuras mixtas es la conexión entre el hormigón y el acero para asegurar que ambos materiales trabajen conjuntamente; para ello se debe transmitir el esfuerzo rasante que se desarrolla en la unión de un material a otro. Esta conexión se realiza normalmente con elementos metálicos, los conectadores, que van soldados al acero y embebidos en el hormigón, al que se unen por adherencia.

2.3.5 Partes de un Puente Mixto Se compone de las siguientes partes principales: 2.3.5.1 Subestructura o Infraestructura Compuesta por Estribos y Pilares. Estribos: son los apoyos extremos del puente, que transfieren la carga de éste al terreno y que sirven además para sostener el relleno de los s al puente. Pilares: son los apoyos intermedios, es decir, que reciben reacciones de dos tramos de puente, transmitiendo la carga al terreno.


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2.3.5.2 Superestructura Compuesta del tablero y estructura portante El tablero: está formado por la losa de concreto, enmaderado o piso metálico, el mismo descansa sobre las vigas principales en forma directa a través de largueros y viguetas transversales, siendo el elemento que soporta directamente las cargas.

Figura 2. Elevación de un puente

Figura 3. Anclaje de un puente


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Estructura portante o Estructura Principal: es el elemento resistente principal del puente, en un puente colgante seria el cable, en un puente en arco seria el anillo que forma el arco, etc. También son parte de esta las vigas, diafragmas, aceras, postes, pasamanos, capa de rodadura, en el caso de puentes para ferrocarriles se tuviera las rieles y los durmientes. Elementos intermedios y /o auxiliares: Que son los elementos que sirven de unión entre los nombrados anteriormente, varían con la clase de puente, siendo los principales: dispositivos de apoyo, péndola, rotulas, vigas de rigidez, etc. y que en cada caso particular podría existir o no.

2.3.6 Materiales considerados para la Construcción de Puentes Mixtos Los materiales utilizados generalmente son el hormigón, acero pasivo y acero estructural. Asi tenemos dos grandes grupos de puentes mixtos, por un lado los puentes de hormigón estructural constituidos por hormigones con distintas edades de puesta en servicio y, por otro, los puentes con acero estructural y hormigón sea este armado o pretensado que son los que comúnmente son conocidos como puentes mixtos. En cada uno de los dos tipos se pueden ver distintas variantes en función del tipo de ejecución, sea esta prefabricada o in situ, las distintas condiciones de cada uno de los materiales en cuanto a las deformaciones diferidas. Teniendo en cuenta que en condiciones de libertad

de desplazamiento, el hormigón se deforma por los efectos diferidos de

retracción y fluencia, el acero activo tiende a perder tensión por relajación y los aceros pasivo y estructural tienden a no deformarse. Debido a este análisis individual de los materiales, los materiales pueden cumplir con las condiciones de compatibilidad cuando están conectados entre sí, y se produce una redistribución de tensiones entre los mismos. 2.3.6.1 Para las fundaciones Se puede emplear: -

Hormigón Simple

-

Hormigón Armado

-

Hormigón Ciclópeo

-

Mampostería de piedra

-

Mampostería de ladrillo

Es muy común que estos elementos sean ejecutados sobre pilotes debido a los grandes pesos que estos soportan y teniendo en cuenta que no siempre las condiciones del terreno


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serán las más óptimas. 2.3.6.2 Para las Pilas y Estribos Se pueden emplear: -

Hormigón Ciclópeo

-

Mampostería de Piedra

-

Mampostería de Ladrillo

Estos tres primeros pueden ser usados en casos en los cuales las alturas no sean grandes, de no ser así se podrán usar: -

Hormigón Armado

-

Estructuras Metálicas

En caso de tener obras temporales estas se podrán construir con madera y / o placas metálicas. 2.3.6.3 Para la Superestructura Se pueden emplear: -

Hormigón Armado.

-

Hormigón Pretensado o Postensado.

-

Acero

-

Madera

También se puede usar las combinaciones de estos y otros materiales. 2.3.6.4 Para los elementos intermedios. Se pueden emplear: -

Cartón asfáltico

-

Plomo

-

Acero

-

Neopreno

-

Neoflón


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Figura 4. Materiales que conforman los Puentes


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2.3.7 Datos de las condiciones donde se va a Construir el Puente 2.3.7.1 Condiciones Naturales

Topografía Debe contener como mínimo, un plano de ubicación, planimetría con curvas de nivel cada metro si la quebrada es profunda o más juntas si el terreno es llano o las barrancas son poco definidas. Secciones transversales en el eje propuesto enlazado con el eje de la vía, otras aguas arriba y abajo, situadas cada 10 ó 20 metros según la necesidad, y condiciones topográficas, un perfil longitudinal del eje del lecho del rió en 500 metros (o mas según la necesidad) aguas arriba y abajo.

Figura 5. Topografía de un Puente

Hidrología Este estudio debe contener por lo menos la media anual de las precipitaciones, las crecidas máximas y mínimas, la velocidad máxima de la corriente, el caudal, las variaciones climatéricas y materiales de arrastre (palizada, témpanos de hielo, y otros). En los planos de puentes sobre ríos, se deben registrar siempre los niveles de, cuya notación presentamos a continuación:


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-

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

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Geología Estudio geotécnico con sondeos geofísicos y perforación de pozos en los ejes de los probables emplazamientos de la infraestructura, traducidos en perfiles geológicos con identificación de capas, espesores, tipos de suelos, clasificación, tamaño medio de sus partículas, dureza, profundidad de ubicación de la roca madre y todas sus características mecánicas. Igualmente deberá incorporarse el material predominante del lecho del río, su tamaño medio, la variabilidad del lecho del río, la cota más baja de este, sus tendencias de socavación, y finalmente un informe en el que debe recomendarse la cota y tipo de fundación.

Figura 6. Corte de la geología de un terreno


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Riesgo Sísmico Se llama riesgo sísmico a la probabilidad de ocurrencia dentro de un plazo dado, de que un sismo cause, en un lugar determinado, cierto efecto definido como pérdidas o daños determinados. En el riesgo influyen el peligro potencial sísmico, los posibles efectos locales de amplificación, la vulnerabilidad de las construcciones (e instituciones) y las pérdidas posibles (en vidas y bienes). El riesgo sísmico depende fuertemente de la cantidad y tipo de asentamientos humanos y de la cantidad e importancia de las obras que se encuentran localizados en el lugar.

2.3.7.2 Condiciones Funcionales Los datos de las condiciones funcionales son en general fijados por el propietario o su representante (Ministerio de transportes, Municipalidades) y por las normas y/o las especificaciones correspondientes. Entre los datos funcionales más importantes que se deben fijar antes de iniciar el proyecto del puente tenemos: Datos geométricos -

Ancho de la calzada (número de vías)

-

Dimensiones de la vereda, barandas, etc.

-

Peralte, sobre ancho, pendientes, curvatura, gálibo Datos de las cargas vivas

-

Sistemas de cargas de diseño

-

Cargas excepcionales

-

Cargas futuras Otros datos.

-

Velocidad de diseño

-

Volumen de tráfico

-

rios del tablero: vereda, barandas, ductos


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2.3.7.3 Condiciones Socioeconómicas Este es un aspecto sumamente importante que debe tomar en cuenta todo proyectista al igual que los funcionarios públicos involucrados en el proyecto. Es un tema de gran importancia y por eso es muy oportuno por lo menos indicarlo por cuanto no es moral, ni ético proyectar obras públicas como son los puentes, con exceso de materiales y menos aún si esos materiales son importados y causan pérdidas innecesarias de divisas para nuestro país. Los puentes se construyen con fondos públicos que son escasos.


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CAPITULO III


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3.1 CONCLUSIONES

Es necesario que el estudiante, futuro ingeniero comprenda los conceptos básicos de los distintos tipos de Puentes para que tengan un buen criterio en el diseño de estos elementos. Pudiendo de esta manera escoger entre una vasta cantidad de materiales, formas de puentes, dependiendo de los cuales la mayor o menor economía de los proyectos a realizar. Los puentes son una parte importante del patrimonio en infraestructura del país, ya que son puntos medulares en una red vial para la transportación en general y en consecuencia para el desarrollo de los habitantes Preservar este patrimonio de una degradación prematura es, pues, una de las tareas más importantes de cualquier istración de carreteras sea pública o privada. Para ello hay que dedicar medios humanos y técnicos suficientes que permitan tener un conocimiento completo y actualizado de su estado, que permita definir el volumen de recursos necesarios para su conservación, y garanticen el empleo óptimo y eficaz de dichos recursos. Como un recordatorio a los futuros inspectores de puentes, las siguientes líneas son de suma importancia para la formación de los mismos, y son síntesis de lo que se busca en una inspección de cualquier tipo: Los puentes permiten que el diseñador se deje llevar por su imaginación en la solución de los problemas debido a la inmensa cantidad de tipos y diseños de los mismos, los cuales incluso pueden ser combinados dando como resultado verdaderas obras de arte de la ingeniería civil.


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3.2 RECOMENDACIONES


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3.3 BIBLIOGRAFIA

Manual de diseño AASHTO Tesis sobre mantenimiento de puentes de la universidad de El Salvador

La información descrita en este documento, fue obtenida de las siguientes páginas web fundamentadas en libros electrónicos.

https://es.wikipedia.org/wiki/Puente_mixto

http://puentes.galeon.com/tipos/pontsmixtos.htm

http://caminos.udc.es/info/asignaturas/622/contenido_publico/recursos/P2_04_puentes_mixt os.pdf


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3.4 ANEXOS

Puentes de Estructura Mixta en El Salvador Puente Ateos

Figura 7. Puente de superestructura mixta, ubicado en departamento de la libertad, El Salvador

Datos técnicos El Puente Ateos, Ubicado en el Departamento de La Libertad, El Salvador, en el cual circula un tráfico promedio diario de 18 mil vehículos, está compuesto de dos tramos de 34.20 metros de longitud y un ancho de 9.55 metros, cada tramo consta de tres vigas cajón metálicas paralelas tipo UNIBRIDGE de montaje rápido y además cuenta con tres módulos de viga cajón mixta de 11.40 metros de longitud.


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Puente Chapeltique

Figura 8. Puente Chapeltique, de Estructura Mixta sobre Rio Grande, Departamento de San miguel

Datos técnicos El Puente Chapeltique, esta edificado de una estructura mixta de dos carriles de 3.70 metros cada uno, en un tablero compuesto de acero y concreto reforzado con 4 vigas de acero estructural a una sola luz de 30.37 metros, apoyados sobre estribos cerrados de concreto colados en el lugar y aletones de concreto de longitud y alturas variables. El ancho total de este puente es de 9.47 metros, para acomodar de forma simétrica dos carriles de rodaje en un ancho de calzada de 7.40 metros, dos aceras del lado externo de un metro y barandales de concreto.


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Puente El Zapote

Figura 9. Puente El Zapote, de Estructura Mixta, Departamento de San Salvador

Datos técnicos Este Puente consta de dos tableros mixtos (4 vigas metálicas y losas de concreto reforzado de 0.25 centímetros de espesor) de 3.45 metros de ancho y 20 metros de largo, los cuales serán independientes del puente actual. La obra incluye paso peatonal. Las 4 vigas metálicas son de 20 metros de largo cada una, ubicadas dos en cada carril.


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