Sub-estructura

La sub-estructura está formada por todos los elementos que requiere la superestructura para sustentarse, como son apoyos, columnas, pilas, estribos y cabezales. Su función es la de transmitir eficientemente las cargas de la superestructura a la cimentación.

Figura 13 Elementos que Forman la Sub - Estructura de un Puente

a) Pilas

Se entiende por una pila de un puente aquella parte de la subestructura que recibe la acción de dos tramos de la superestructura y tiene como función el transmitir las cargas al terreno y repartirlas en tal forma que no exceden al esfuerzo admisible del terreno.

Para poder lograr lo anterior de una manera económica, es necesario que las pilas tengan un costo (incluyendo su cimentación) aproximadamente igual al costo de un tramo de la superestructura en cuanto al sistema de piso se refiere.

Además; éstas deberán causar la menor perturbación posible al paso del agua, por lo que su forma generalmente empleada es rectangular con triángulos o segmentos de círculo en los extremos aguas arriba y aguas abajo, estos extremos frontales a la dirección de la corriente reciben el nombre de "tajamares", y tienen por objeto el hacer a la pila menos fluido-dinámica. La ventaja de hacer iguales los tajamares estriba en que la cimentación se hace simétrica con las cargas verticales de la pila.

Un aspecto muy importante que hay que tomar en cuenta en la cimentación de las pilas de puente, es el relacionado con la socavación debida a la acción erosiva del agua. El método más adecuado para conocer en forma aproximada la profundidad de socavación es el llamado "método alemán" que consiste en lo siguiente:

En diferentes puntos del lecho del río se hacen excavaciones, el material extraído se pinta con una sustancia insoluble en el agua y así pintado se vuelve a colocar en el

interior de la excavación en el mismo orden que antes se encontraba y con la misma compactación, en esas condiciones se dejan sujetas a las avenidas del río.

Cuando ocurre una creciente máxima se iniciará la socavación y una vez que haya pasado dicha avenida se vuelven a repetir las excavaciones en los mismos puntos para obtener por observación directa la profundidad de socavación, que será aquella a la cual vuelven a aparecer las piedras pintadas y que no fueron removidas por la creciente.

i. Diferentes tipos de pilas:  Pila sólida

 Pila de marco rígido

 Pila de columna con voladizo  Pilotes

 Pila escalonada en secciones verticales  Pila con columna y arriostramiento en la base ii. Partes de la pila

 Corona: es la parte que recibe directamente la carga de la superestructura

para transmitir al cuerpo.

 Cuerpo: su función principal es la de ligar y transmitir las cargas de la corona a

la zapata.

 Zapata: transmite las cargas del terreno de manera que no sobrepasen el

esfuerzo admisible de éste.

iii. Fuerzas actuantes sobre la pila

Las fuerzas que deberán ser soportadas por cualquier plano horizontal de una pila son las siguientes:

 Fuerzas verticales

o Carga muerta de la superestructura o Carga móvil de la superestructura

o Carga por impacto = C por carga móvil ≤ 30% de carga móvil  Fuerzas laterales

o Presión debida al viento sobre la superestructura

o Presión debida al viento sobre la pila se tomará una intensidad de 100 kg/m2 sobre el área expuesta (considerando los niveles de aguas máximas y mínimas)

o Presión de hielo (si hay) o Presión debida al agua

Donde:

E = empuje dinámico del agua aplicado a 1/3 de la altura de dicha agua K = coeficiente de forma de pila

A = área expuesta proyectada en un plano normal a la dirección de la corriente V = velocidad del agua en aguas máximas

γw = peso volumétrico del agua g = aceleración de la gravedad

 Fuerzas longitudinales

Frenaje: se considera como un 5% de la carga móvil aplicada a una distancia de 1.83 m sobre la rasante del camino (AASHTO).

Presión de viento: se considera una intensidad de 100 kg/m2 sobre el área expuesta (generalmente de desprecio).

iv. Estabilidad de la pila

Para que una pila sea estable deberá ser proyectada contra volcamiento, deslizamiento y aplastamiento. Se recomienda además que esté libre de tensiones en cualquier plano

horizontal y en la base. La fuerza de deslizamiento unitario se encontrará dividiendo la fuerza horizontal resultante por encima de la sección sobre el área de la misma.

Los esfuerzos máximos y mínimos de compresión serán determinados por la fórmula:

Donde:

σ = esfuerzo a la fibra considerada P = carga vertical total

A = área de la sección considerada

M1 y M2 = momentos debidos a las excentricidades de las cargas con respecto a ambos ejes.

C1 y C2 = distancia normal a los ejes de la orilla de la sección considerada I1 y I2 = momentos de inercia de la sección con respecto a ambos ejes b) Estribos

i. Formas y dimensiones

Los estribos de un puente son estructuras en los extremos de un puente usados con el propósito de transmitir cargas de la superestructura a la cimentación, y dar además un soporte lateral al terraplén.

El estribo sirve como pila y como muro de contención y en la mayoría de los casos consiste en una pared frontal y dos paredes en forma de ala.

Ordinariamente es independiente de la superestructura pero en algunos casos forma parte de un marco rígido y transmite además fuerzas y momentos de ella.

ii. Diferentes tipos de estribos Estribos de gravedad

�

Estribos en voladizo �

Estribos con contrafuertes �

Caballete con pilotes �

Marco rígido �

c) Consideraciones en la subestructura de un puente

• Los estribos deben ser diseñados para la capacidad soporte establecida,

según el estudio de suelos y a la profundidad definida por el ingeniero de suelos para cada caso.

• Deberá evitarse la explotación de los bancos de materiales circundantes a las riberas del río para evitar posibles socavaciones en el futuro.

• No se debe permitir la destrucción de los bancos de materiales de manera

• que la excavaciones sean del tamaño estrictamente necesario para

• acomodar los estribos.

• � Deberá proporcionarse un adecuado drenaje a los estribos para evitar

• presiones nocivas a la estructura