Diseño y comparación económica de la super estructura de un puente de 30 metros de luz considerando variantes de losa con vigas de hormigón postensado y vigas losa cajón

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(1)ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL Y AMBIENTAL. DISEÑO Y COMPARACIÓN ECONÓMICA DE LA SUPERESTRUCTURA DE UN PUENTE DE 30 METROS DE LUZ CONSIDERANDO VARIANTES DE LOSA CON VIGAS DE HORMIGÓN POSTENSADO Y VIGAS-LOSAS-CAJÓN.. PROYECTO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO CIVIL MENCIÓN ESTRUCTURAS. JOHN ALEX ALMEIDA HERNÁNDEZ [email protected] ALEXIS EDUARDO ARMAS HERRERA [email protected]. DIRECTOR: ING. LUIS TINERFE HERNÁNDEZ RODRÍGUEZ, PhD [email protected] CODIRECTOR: ING. MARÍA BELÉN CORREA VALLEJO, M.Sc [email protected]. Quito, Julio 2019.

(2) i. DECLARACIÓN. Nosotros John Almeida y Alexis Armas, declaramos que el trabajo aquí descrito es de nuestra autoría; que no ha sido previamente presentado para ningún grado o calificación profesional; y, que he consultado las referencias bibliográficas que se incluyen en este documento.. La. Escuela. Politécnica. Nacional,. puede. hacer. uso. de. los. derechos. correspondientes a este trabajo, según lo establecido por la Ley de Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por la normatividad institucional vigente.. ______________________________. ________________________________. JOHN ALEX ALMEIDA HERNÁNDEZ. ALEXIS EDUARDO ARMAS HERRERA.

(3) ii. CERTIFICACIÓN. Certificamos que el presente trabajo fue desarrollado por John Alex Almeida Hernández y Alexis Eduardo Armas Herrera, bajo nuestra supervisión.. ________________________________. ______________________________. ING. LUIS TINERFE HERNÁNDEZ, PhD. ING. MARÍA BELÉN CORREA, M.Sc.. DIRECTOR DEL PROYECTO. CODIRECTOR DEL PROYECTO.

(4) iii. AGRADECIMIENTOS. Primero quiero agradecer a mi familia por todo el apoyo que he recibido, por su confianza y por su cariño. A mis padres, papi Galo y mami Aleja que son el reflejo de trabajo, perseverancia, mi inspiración para nunca rendirme, el ejemplo de sacrifico por su familia y a quienes jamás podré saldar esta deuda. A mi hermana Moni, mi hermano Wilson, mi cuñado Juan y mi cuñada Sylvia en quienes puedo confiar y admiro por su esfuerzo para seguir adelante. Agradezco al Instituto Nacional Mejía y la Escuela Politécnica Nacional por ser dos grandes instituciones en las que he recibido una formación académica y profesional de calidad, donde he conocido a valiosos amigos y profesores. A mis mejores amigos. Carlos, en quien puedo confiar y aprecio como un hermano. Mateo, a quien admiro y respeto mucho. Sofía, a quien estimo mucho. A estas personas les agradezco por su valiosa amistad incondicional y por todo el tiempo que hemos pasado juntos. Mi vida en la universidad no hubiese sido lo mismo sin ellos y hay tanto que agradecerles que con unas simples palabras no es posible. Agradezco a Majito, una súper amiga que me ha brindado su confianza y alguien con quien siempre podré contar. También a esas personas especiales Paty, Wendy, Vane I., Andrea Abarca, Vane M., Samuel, Luis, Shirley y Katy, simplemente grandiosas personas que son amigos y amigas quienes han hecho más amena la universidad. A todos esos profesores que con sus conocimientos han forjado un profesional que se compromete a ser honesto y honrar sus enseñanzas. Al Doctor Luis Hernández que gracias a su apoyo y guía ha hecho que este proyecto sea posible. Finalmente quiero agradecer a mi compañero de tesis Alexis Armas por su amistad, confianza, conocimientos y todo el trabajo que le ha dedicado a nuestro proyecto, en el que hemos aprendido un poco más de la carrera que tanto nos apasiona. John Alex Almeida Hernández.

(5) iv. DEDICATORIA. Este trabajo de titulación lo dedico con todo mi corazón a mis padres, Galo Almeida y María Alejandrina Hernández que son el pilar de mi vida. A mis hermanos, Mónica Almeida y Wilson Almeida esto también es por y para ustedes. A mis cuñados, Juan Reinoso y Sylvia Quishpe. A mis sobrinos, Kevin Almeida, Ivonne Sulca, Alejandro Almeida, José Andrés Reinoso y Matías Almeida que esto sea un ejemplo para que continúen hasta el final con sus sueños, ya que con trabajo y dedicación se puede. Aprecien el esfuerzo que sus padres hacen y aprovechen su educación que es lo más valioso que recibirán en la vida. John Alex Almeida Hernández.

(6) v. AGRADECIMIENTOS. A mis Padres Sergio Armas y Margarita Herrera por el apoyo incondicional que me han brindado en todas las etapas de mi vida, por ser un ejemplo fortaleza y perseverancia, pero más que nada, por todo el amor que me han brindado. Estaré eternamente agradecido por todo lo han hecho por mí. A mi hermano Brandon por siempre estar para ayudarme y sé que siempre podré contar con él. A Vanessa, gracias por estar a mi lado, por ayudarme a superar los momentos más difíciles y por todo el cariño que me has brindado. A David y Santiago quienes son mis mejores amigos, mis ñaños, por el apoyo moral y por darme tantos consejos en los momentos que más lo necesitaba. A Eve, gracias por una amista sincera y por ser un apoyo desde el inicio de la carrera. A mi compañero de tesis y amigo John por el arduo trabajo realizado para terminar el último peldaño de nuestra formación profesional. No puedo dejar de agradecer a las personas con las que luchamos hombro con hombro desde el primer día en esta facultad, gracias Enrique, Pati y Sam por haberme brindado su amistad y apoyo a lo largo de estos años. Un agradecimiento especial al Dr. Luis Hernández y a la Ing. María Belén Correa, por ser una guía y haber aportado con su conocimiento, tiempo y experiencia a la realización de este proyecto de titulación. Alexis Eduardo Armas Herrera.

(7) vi. DEDICATORIA. A mis padres y mi hermano por estar siempre a mi lado. A mi abuelita materna Ana Zapata, a mis tíos Fausto y Anita Herrera por su apoyo y cariño. En memoria a mi abuelito materno Jaime Herrera y mi abuelita paterna Rosa Sánchez, que desde el cielo me cuidan y me dan sus bendiciones. Alexis Eduardo Armas Herrera.

(8) vii. CONTENIDO. DECLARACIÓN........................................................................................................ i CERTIFICACIÓN..................................................................................................... ii AGRADECIMIENTOS…………………………………………………......................... iii DEDICATORIA…………………………………………………………........................ iv AGRADECIMIENTOS………………………………………………............................. v DEDICATORIA………………………………………………………............................ vi CONTENIDO……………………………………………………………....................... vii FIGURAS………………………………………………………………………………... xii TABLAS………………………………………………………………………...…......... xx RESUMEN…………………………………………………………………………….. xxiii ABSTRACT……………………………………………………………………………. xxiv PRESENTACIÓN…………………………………………………………………....... xxv CAPÍTULO I: .......................................................................................................... 1 1.. INTRODUCCIÓN............................................................................................. 1 1.1.. GENERALIDADES .................................................................................... 1. 1.2.. OBJETIVOS .............................................................................................. 3. 1.2.1.. OBJETIVO GENERAL ........................................................................ 3. 1.2.2.. OBJETIVOS ESPECÍFICOS............................................................... 3. 1.3.. ALCANCE ................................................................................................. 3. 1.4.. JUSTIFICACIÓN ....................................................................................... 4. 1.4.1.. JUSTIFICACIÓN TEÓRICA ................................................................ 4. 1.4.2.. JUSTIFICACIÓN METODOLÓGICA ................................................... 5.

(9) viii. 1.4.3.. JUSTIFICACIÓN PRÁCTICA .............................................................. 5. CAPÍTULO II: ......................................................................................................... 7 2.. MARCO TEÓRICO .......................................................................................... 7 2.1.. PUENTES ................................................................................................. 7. 2.1.1.. HISTORIA .......................................................................................... 7. 2.1.2.. TIPOS DE PUENTES ......................................................................... 9. 2.2.. VIGAS POSTENSADAS ......................................................................... 11. 2.2.1.. DEFINICIÓN ..................................................................................... 11. 2.2.2.. VENTAJAS Y DESVENTAJAS ......................................................... 12. 2.3.. VIGAS-LOSA-CAJÓN ............................................................................. 13. 2.3.1.. DEFINICIÓN ..................................................................................... 13. 2.3.2.. SECCIONES TRANSVERSALES TÍPICAS ...................................... 14. 2.3.3.. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LAS SECCIONES. VIGA-LOSA-CAJÓN ...................................................................................... 15 2.3.4. 2.4.. CARACTERÍSTICAS ........................................................................ 17. MATERIALES ......................................................................................... 19. 2.4.1.. HORMIGÓN DE ALTA RESISTENCIA ............................................. 19. 2.4.2.. ACERO DE REFUERZO NO PRESFORZADO ................................ 22. 2.4.3.. ACERO PARA POSTENSADO ........................................................ 22. 2.4.4.. DUCTOS .......................................................................................... 24. 2.4.5.. ANCLAJES ....................................................................................... 25. 2.4.6.. PLACAS DE APOYO ........................................................................ 26. 2.4.7.. PLACAS DE CUÑAS Y CUÑAS DE ANCLAJE................................. 26. 2.4.8.. SILLA DE TORONES O BARRAS .................................................... 27.

(10) ix. 2.4.9.. POCKET FORMERS ........................................................................ 28. 2.4.10. TENDONES...................................................................................... 28 2.4.11. EQUIPO HIDRÁULICO PARA EL POSTENSADO ........................... 29 CAPÍTULO III: ...................................................................................................... 30 3.. PUENTE LOSA SOBRE VIGAS DE HORMIGÓN POSTENSADO ................ 30 3.1.. CRITERIOS DE DISEÑO DE PUENTE CON VIGAS DE. HORMIGÓN POSTENSADO ............................................................................ 30 3.1.1.. PRE DIMENSIONAMIENTO DE VIGAS ........................................... 30. 3.1.2.. LÍMITES DE ESFUERZO PARA EL ACERO DE. PRETENSADO .............................................................................................. 31 3.1.3.. LÍMITES DE ESFUERZO PARA EL HORMIGÓN............................. 32. 3.1.4.. ESTADO LÍMITE DE RESISTENCIA - DISEÑO A FLEXIÓN ............ 33. 3.1.5.. PÉRDIDAS TOTALES EN LA FUERZA DE POSTENSADO ............ 37. 3.1.6. 3.1.7.. PÉRDIDAS DEPENDIENTES DEL TIEMPO οࢌ࢖ࡸࢀ ......................... 43. 3.1.8.. DISEÑO POR CORTE...................................................................... 53. 3.2.. INECUACIONES BÁSICAS .............................................................. 51. DISEÑO DEL PUENTE LOSA SOBRE VIGAS DE HORMIGÓN. POSTENSADO ................................................................................................. 65 3.2.1.. SECCIÓN TRANSVERSAL DE PUENTE ......................................... 66. 3.2.2.. DISEÑO DE LA LOSA ...................................................................... 66. 3.2.3.. DISEÑO DE LA VIGA POSTENSADA PRINCIPAL. INTERIOR ..................................................................................................... 94 3.2.4.. DISEÑO DE LA VIGA POSTENSADA PRINCIPAL. EXTERIOR .................................................................................................. 144 3.2.5.. DISEÑO DE VOLADO Y DIAFRAGMAS ........................................ 182.

(11) x. CAPÍTULO IV:.................................................................................................... 193 4.. PUENTE LOSA-VIGAS-CAJÓN .................................................................. 193 4.1.. CRITERIOS DE DISEÑO DE PUENTE CON ELEMENTOS. VIGA-LOSA-CAJÓN ....................................................................................... 193 4.1.1.. OBJETIVO DE PREDISEÑO .......................................................... 193. 4.1.2.. ALTURA DE LA SECCIÓN TRANSVERSAL .................................. 193. 4.1.3.. ANCHO DE LA SECCIÓN TRANSVERSAL ................................... 193. 4.1.4.. TAMAÑO DE LOS ELEMENTOS DE LA SECCIÓN. TRANSVERSAL .......................................................................................... 194 4.2.. DISEÑO DEL PUENTE VIGA-LOSA-CAJÓN ........................................ 197. 4.2.1.. PREDISEÑO .................................................................................. 197. 4.2.2.. DISEÑO TRANSVERSAL ............................................................... 200. CAPÍTULO V:..................................................................................................... 303 5.. MÉTODO CONSTRUCTIVO Y COSTOS .................................................... 303 5.1.. MÉTODO CONSTRUCTIVO ................................................................. 303. 5.1.1.. CONSTRUCCIÓN CON ENCOFRADO COMPLETO IN SITU........ 303. 5.1.2.. CONSTRUCCIÓN EN VOLADO SUCESIVOS (ENCOFRADO. AUTO-DESLIZANTE) .................................................................................. 314 5.1.3.. CONSTRUCCIÓN DE PUENTE CON DOVELAS. PREFABRICADAS MEDIANTE CIMBRAS AUTO-PORTANTES. ............... 319 5.2.. ANÁLISIS ECONÓMICO....................................................................... 326. 5.2.1.. PRESUPUESTOS .......................................................................... 327. 5.2.2.. CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES Y VALORADO ....................... 329. 5.2.3.. COMPARACIÓN ECONÓMICA Y TEMPORAL DE LOS. MODELOS DE PUENTES ........................................................................... 334.

(12) xi. CAPÍTULO VI:.................................................................................................... 338 6.. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ............................................... 338 6.1.. CONCLUSIONES ................................................................................. 338. 6.2.. RECOMENDACIONES ......................................................................... 341. BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................. 343 ANEXOS ............................................................................................................ 348.

(13) xii. FIGURAS. FIGURA 1.1 Sección transversal de un puente tipo “Viga-Losa-Cajón” de hormigón pos-tensado. Puente sobre el río Pisuerga, España. .............................. 2 FIGURA 1.2 Rangos de intervalos típicos para varios tipos de puentes de hormigón pretensado. ............................................................................................ 4 FIGURA 2.1 El primer tipo de puente. .................................................................... 7 FIGURA 2.2 Pont du Gard en Nîmes (Puente del Gard). ....................................... 8 FIGURA 2.3 Puente de Coalbrookdale. .................................................................8 FIGURA 2.4 Gran Puente de Danyang – Kunshan, 189,8 kilómetros, 2006. .......... 9 FIGURA 2.5 Proceso cronológico para la ejecución de una pieza con armadura postensada: (a) Fabricación del elemento; (b) Colocación de la armadura; (c) Tensado por ambos extremos; (d) Transferencia de carga al hormigón. ............................................................................................................. 11 FIGURA 2.6 Esquema de un puente viga-losa-cajón de hormigón postensado. ......................................................................................................... 13 FIGURA 2.7 Viga-losa-cajón de múltiples celdas. ................................................ 14 FIGURA 2.8 Viga-losa-cajón de una sola celda o unicelular. ............................... 15 FIGURA 2.9 Torón de acero de presfuero. ........................................................... 24 FIGURA 2.10 Ducto corrugado de plástico (derecha: ducto circular, izquierda: ducto plano). ........................................................................................ 24 FIGURA 2.11 Ductos corrugados de acero. ......................................................... 25 FIGURA 2.12 Placa de apoyo. ............................................................................. 26 FIGURA 2.13 Esquema de la cuña de anclaje: (a) Vista en 2D; (b) Vista en 3D; (c) Vista corte transversal. 1: Torón de acero; 2. Cuña; 3. Tonel. ............. 27 FIGURA 2.14 Sillas de torones. ........................................................................... 28.

(14) xiii. FIGURA 2.15 Pocket former. .............................................................................. 28 FIGURA 2.16 Tendón de acero para postensado. .............................................. 29 FIGURA 2.17 Dispositivo hidráulico para el postensado de múltiples torones. ................................................................................................................ 29 FIGURA 3.1 Sección transversal de un puente. ................................................... 30 FIGURA 3.2 Diagrama de Magnel. .......................................................................52 FIGURA 3.3 Análisis en Servicio de la tracción diagonal caso del Hormigón Armado y el Hormigón Pretensado. ..................................................... 54 FIGURA 3.4 Efecto del tendón sobre la carga exterior. ........................................ 55 FIGURA 3.5 Efecto reductor de la componente vertical de la fuerza de pretensado. .......................................................................................................... 55 FIGURA 3.6 Ubicación de la sección crítica por corte ݀‫ݒ‬. .................................... 57 FIGURA 3.7 Componentes de Alfa (ߙ). ................................................................ 60 FIGURA 3.8 Parámetros que influyen en el corte para secciones que cumple con el mínimo refuerzo transversal, Vp=0. ............................................... 62 FIGURA 3.9 Parámetros que influyen en el corte para secciones que contienen menos que el mínimo refuerzo transversal. ......................................... 63 FIGURA 3.10 Sección longitudinal del puente losa sobre vigas. .......................... 65 FIGURA 3.11 Sección transversal del puente. ..................................................... 66 FIGURA 3.12 Dimensiones de la barrera de hormigón. ....................................... 68 FIGURA 3.13 Barrera dividida en secciones para el cálculo de volumen y peso. .................................................................................................................... 69 FIGURA 3.14 Volumen, peso y ubicación del centro de gravedad de la barrera. ................................................................................................................ 70 FIGURA 3.15 Cargas de losa y barrera de concreto. ........................................... 71.

(15) xiv. FIGURA 3.16 Momentos positivos y negativos en la losa debido a carga muerta (T.m). ....................................................................................................... 71 FIGURA 3.17 Detalle momentos a 0.4L de apoyo A y en apoyo B (T.m). ............ 71 FIGURA 3.18 Carga de asfalto o superficie de rodadura. .................................... 72 FIGURA 3.19 Momentos positivos y negativos en la losa debido a DW (T.m). ................................................................................................................... 72 FIGURA 3.20 Detalle momentos a 0.4L de apoyo A y en apoyo B (T.m). ............ 73 FIGURA 3.21 Línea de influencia de momento negativo para el apoyo B. ........... 74 FIGURA 3.22 Posiciones críticas del camión. ...................................................... 74 FIGURA 3.23 Ordenadas de la línea de influencia de momento en el apoyo B. ............................................................................................................... 74 FIGURA 3.24 Condición crítica para un carril cargado. ........................................ 77 FIGURA 3.25 Diagrama de momentos en la losa debido a la carga viva crítica (T.m). ......................................................................................................... 77 FIGURA 3.26 Detalle momentos a distancia crítica de apoyo A y en apoyo B (T.m). ..................................................................................................... 78 FIGURA 3.27 Línea de influencia para el momento máximo 0.4‫ܮ‬. ....................... 79 FIGURA 3.28 Posiciones críticas del camión (0.40‫)ܮ‬. .......................................... 80 FIGURA 3.29 Línea de influencia en las posiciones críticas (0.40‫)ܮ‬. .................... 80 FIGURA 3.30 Ubicación del acero principal negativo. .......................................... 83 FIGURA 3.31 Ubicación del acero principal positivo. ........................................... 85 FIGURA 3.32 Ancho de franja para el acero negativo. ......................................... 90 FIGURA 3.33 Ubicación del eje neutro del acero negativo. .................................. 91 FIGURA 3.34 Ancho de franja para el acero positivo. .......................................... 92 FIGURA 3.35 Ubicación del eje neutro del acero positivo. ................................... 93.

(16) xv. FIGURA 3.36 Dimensiones de la viga interna postensada. .................................. 94 FIGURA 3.37 Ubicación del eje neutro de la viga interior postensada. ................ 95 FIGURA 3.38 Acciones sobre la viga debido a las cargas de los diafragmas (Momentos en T.m). ..........................................................................97 FIGURA 3.39 eg para la viga postensada. ........................................................... 98 FIGURA 3.40 Diagrama de Magnel para la viga interior postensada. ................ 102 FIGURA 3.41 Ubicación del ducto para los cables (z y e). ................................. 103 FIGURA 3.42 Perfil curvo parabólico para el tendón resultante. ........................ 111 FIGURA 3.43 Perfil del tendón resultante en toda la longitud de la viga. ........... 113 FIGURA 3.44 Esquema para el replanteo del tendón resultante. ....................... 113 FIGURA 3.45 Sección crítica por corte............................................................... 131 FIGURA 3.46 Distancia de centro a centro de los apoyos .................................. 132 FIGURA 3.47 Diagramas de carga y corte debido al peso propio y peso de diafragmas (Cortante en T). .......................................................................... 132 FIGURA 3.48 Diagramas de carga y corte debido a superficie de rodadura (Cortante en T).................................................................................... 133 FIGURA 3.49 Diagramas de carga y corte debido a camión de diseño (Cortante en T)................................................................................................... 133 FIGURA 3.50 Diagramas de carga y corte debido a tándem de diseño (Cortante en T)................................................................................................... 134 FIGURA 3.51 Diagramas de carga y corte debido a carga de carril (Cortante en T)................................................................................................... 134 FIGURA 3.52 Diagrama de momento debido al peso propio y peso de diafragmas (T.m). ............................................................................................... 137 FIGURA 3.53 Diagrama de momento debido a superficie de rodadura (T.m). ................................................................................................................. 138.

(17) xvi. FIGURA 3.54 Diagrama de momento debido a camión de diseño (T.m). ........... 138 FIGURA 3.55 Diagrama de momento debido a tándem de diseño (T.m)............ 138 FIGURA 3.56 Diagrama de momento debido a carga de carril (T.m). ................ 139 FIGURA 3.57 Armado de viga interior. ............................................................... 143 FIGURA 3.58 Viga exterior con carga de camión ............................................... 147 FIGURA 3.59 Distribución de cargas en un carril cargado ................................. 148 FIGURA 3.60 Armado de viga exterior ............................................................... 181 FIGURA 3.61. Armado de diafragma ................................................................. 192 FIGURA 4.1 Esquema del ala en voladizo. ........................................................ 194 FIGURA 4.2 Losa superior, espesor y cartelas. ................................................. 197 FIGURA 4.3 Propiedades de la sección transversal para puente viga-losa-cajón. .................................................................................................. 200 FIGURA 4.4 Distancias absolutas de ejes de la sección transversal para definir la malla en el modelo. .............................................................................. 204 FIGURA 4.5 Gráfico del modelo de la sección del puente viga-losa-cajón de 1 metro de ancho para su análisis y diseño................................................... 222 FIGURA 4.6 Carga de asfalto que se aplica en la sección transversal. .............. 226 FIGURA 4.7 Resultados del diseño a flexión de la sección transversal (%‫)ݏܣ‬. ................................................................................................................ 243 FIGURA 4.8 Resultados del diseño a corte de la sección transversal (‫ݒܣ‬/‫)ݏ‬. ............................................................................................................... 243 FIGURA 4.9 Corte y momento del programa para el volado izquierdo bajo la combinación de carga más crítica Envolvente. ....................................... 244 FIGURA 4.10 Corte y momento del programa para la viga acartelada entre almas bajo la combinación de carga más crítica Envolvente. .................... 245.

(18) xvii. FIGURA 4.11 Acero de refuerzo longitudinal del programa para la losa superior en cm2. ................................................................................................. 245 FIGURA 4.12 Acero de refuerzo a corte del programa para la losa superior en ‫ݒܣ‬/‫ݏ‬. ............................................................................................... 246. FIGURA 4.13 Armado de la losa superior. ......................................................... 247 FIGURA 4.14 Corte y momento del programa para el alma izquierda bajo la combinación de carga más crítica Envolvente. ............................................... 248 FIGURA 4.15 Corte y momento del programa para el alma derecha bajo la combinación de carga más crítica Envolvente. ............................................... 248 FIGURA 4.16 Acero de refuerzo longitudinal del programa para las almas en cm2. ............................................................................................................... 249 FIGURA 4.17 Acero de refuerzo a corte del programa para las almas en ‫ݒܣ‬/‫ݏ‬. .................................................................................................................. 249. FIGURA 4.18 Armado de las almas. .................................................................. 250 FIGURA 4.19 Corte y momento del programa para la losa inferior bajo la combinación de carga más crítica Envolvente.................................................... 251 FIGURA 4.20 Acero de refuerzo longitudinal del programa para la losa inferior en cm2. ................................................................................................... 252 FIGURA 4.21 Acero de refuerzo a corte del programa para las almas en ‫ݒܣ‬/‫ݏ‬. .................................................................................................................. 252. FIGURA 4.22 Armado de la losa inferior. ........................................................... 252 FIGURA 4.23 Ancho de carriles para la modelación del proyecto. ..................... 256 FIGURA 4.24 Dimensiones de la sección a introducir en el programa ............... 264 FIGURA 4.25 Tándem de diseño y carga de carril ............................................. 270 FIGURA 4.26 Camión de diseño ........................................................................ 271 FIGURA 5.1 Sistema de cimbras. ...................................................................... 304.

(19) xviii. FIGURA 5.2 Separadores o galletas de mortero. ............................................... 305 FIGURA 5.3 Encofrado exterior del puente viga-losa-cajón. .............................. 305 FIGURA 5.4 Colocación de ductos. .................................................................... 306 FIGURA 5.5 Respiraderos para inyección del grout. .......................................... 307 FIGURA 5.6 Encofrado interior para almas y losa superior. ............................... 307 FIGURA 5.7 Armado de la losa superior. ........................................................... 308 FIGURA 5.8 Motor vibratorio para encofrado. .................................................... 309 FIGURA 5.9 Curado de la losa superior usando cubierta plástica para evitar que el agua se evapore rápidamente. ...................................................... 310 FIGURA 5.10 Proceso de postensado mediante un anclaje vivo y un anclaje muerto. .................................................................................................. 311 FIGURA 5.11 Instalación del gato hidráulico en el anclaje vivo. ......................... 311 FIGURA 5.12 Tensado de los torones de presfuerzo del puente mediante gato hidráulico multitorón. ................................................................... 312 FIGURA 5.13 Construcción de dovela cero (0) sobre pila con encofrado convencional ...................................................................................................... 315 FIGURA 5.14 Montaje del sistema de avance. ................................................... 315 FIGURA 5.15 Colocación de encofrado exterior. ................................................ 316 FIGURA 5.16 Colocación de la armadura de refuerzo. ...................................... 316 FIGURA 5.17 Instalación del encofrado interno lateral y superior. ..................... 317 FIGURA 5.18 Colocación de la armadura de losa superior. .............................. 317 FIGURA 5.19 Vaciado del hormigón. ................................................................. 318 FIGURA 5.20 Tensado de cables....................................................................... 318 FIGURA 5.21 Desplazamiento del encofrado exterior mediante el sistema de avance. ......................................................................................................... 319.

(20) xix. FIGURA 5.22 Ubicación de la armadura de la nueva dovela y desplazamiento del encofrado interior. ............................................................... 319 FIGURA 5.23 Sistema de cimbra auto-portante. ................................................ 320 FIGURA 5.24 Ensamblado del sistema de cimbras auto-portante al inicio del puente. ......................................................................................................... 320 FIGURA 5.25 Apoyos del sistema fijados en la primera pila e inicio del puente. ............................................................................................................... 321 FIGURA 5.26 Traslado de dovelas mediante el sistema de cimbra auto-portante...................................................................................................... 322 FIGURA 5.27 Ubicación y postensado de las dovelas. ...................................... 323 FIGURA 5.28 Traslado del Sistema de cimbra auto-portante. ............................ 324 FIGURA 5.29 Finalización del puente. ............................................................... 325 FIGURA 5.30 Desmontaje del Sistema de cimbras auto-portantes. ................... 325 FIGURA 5.31 Diagrama de Gantt para puente losa sobre vigas. ....................... 330 FIGURA 5.32 Diagrama de Gantt para puente viga-losa-cajón. ......................... 331 FIGURA 5.33 Flujo de caja para puente losa sobre vigas. ................................. 332 FIGURA 5.34 Flujo de caja para puente viga-losa-cajón. ................................... 334.

(21) xx. TABLAS. TABLA 2.1 Módulos de elasticidad de los agregados, Ea. ................................... 21 TABLA 2.2 Características alambre de presfuerzo. .............................................. 23 TABLA 2.3 Diámetros de torones para postensado en Ecuador. ......................... 23 TABLA 3.1 Alturas mínimas típicas para superestructuras de peralte constante. ............................................................................................................ 31 TABLA 3.2 Límites de esfuerzo para tendones de pretensado y postensado. ......................................................................................................... 32 TABLA 3.3 Límites para el esfuerzo de compresión para el concreto presforzado después de las pérdidas. .................................................................. 33 TABLA 3.4 Valores de k. ...................................................................................... 34 TABLA 3.5 Coeficientes de fricción para tendones utilizados en el postensado. ......................................................................................................... 40 TABLA 3.6 Propiedades de hebra y barra de pretensado. ................................... 50 TABLA 3.7 Factores de resistencia para corte. .................................................... 58 TABLA 3.8 Valores de ș\ȕ ................................................................................ 64 TABLA 3.9 Cálculo de volumen de la barrea. ....................................................... 69 TABLA 3.10 Cálculo del centro de gravedad de la barrera. .................................. 69 TABLA 3.11 Factor de presencia múltiple (m). ..................................................... 75 TABLA 3.12 Ancho de franja equivalente. ............................................................ 76 TABLA 3.13 Resumen de los momentos negativos por cargas (DC; DW; y (LL+IM)) en el apoyo B......................................................................................... 78 TABLA 3.14 Resumen de los momentos positivos más críticos. .......................... 82.

(22) xxi. TABLA 3.15 Recubrimiento de hormigón para armaduras principales no protegidas. ........................................................................................................... 82 TABLA 3.16 Determinación del centro de gravedad con respecto al patín superior. ............................................................................................................... 95 TABLA 3.17 Trazado de la ecuaciones de Magnel, eje de las abscisas e (excentricidad) y en el eje de las ordenadas 1/ܲ݅ . ............................................ 102 TABLA 3.18 Caracterización del tendón resultante. ........................................... 111 TABLA 3.19 Replanteo del tendón resultante. ................................................... 112 TABLA 3.20 Resumen del cálculo de pérdidas. ................................................. 116 TABLA 3.21 Fuerzas en el cable de postensado. ............................................... 117 TABLA 3.22 Resumen del cálculo de pérdidas de tercera iteración. .................. 117 TABLA 3.23 Fuerzas en el cable de postensado de tercera iteración. ............... 117 TABLA 3.24 Resumen del cálculo de pérdidas en tercera iteración. .................. 163 TABLA 3.25 Fuerzas en el cable de postensado en tercera iteración. ............... 163 TABLA 4.1 Ordenadas para la malla del modelo. ............................................... 204 TABLA 5.1 Rubros para puente losa sobre vigas ............................................... 327 TABLA 5.2 Rubros para puente viga-losa-cajón................................................. 328 TABLA 5.3 Presupuesto para puente losa sobre vigas. ..................................... 329 TABLA 5.4 Presupuesto para puente viga-losa-cajón. ....................................... 329 TABLA 5.5 Tiempo de ejecución de la superestructura de cada modo de construcción. ...................................................................................................... 331 TABLA 5.6 Resumen del costo mensual y semanal del puente losa sobre vigas. ................................................................................................................. 332 TABLA 5.7 Resumen del costo mensual y semanal del puente viga-losa-cajón. .................................................................................................. 333 TABLA 5.8 Presupuesto general de los dos tipos de puentes. ........................... 335.

(23) xxii. TABLA 5.9 Costo mensual de los dos puentes. ................................................. 335 TABLA 5.10 Costo semanal de los dos puentes. ............................................... 336 TABLA 6.1 Comparación de momentos de diseño y momentos últimos ............ 339.

(24) xxiii. RESUMEN En el presente proyecto se realiza el diseño, comparación técnica y comparación económica de la superestructura de dos puentes de 30 metros de luz sin apoyos intermedios, considerando las variantes de losa sobre vigas de hormigón postensado y vigas-losa-cajón. El diseño se realiza basándose en lo indicado en las normas AASHTO LRFD 2017, ACI-14, NEC-15 y NEVI-12. Para el puente con la variante de losa sobre vigas se ha realizado el diseño con ayuda de hojas de cálculo desarrolladas durante la elaboración de este proyecto, mientras que, para el puente con la variante de viga-losa-cajón se ha realizado un prediseño basado en las normas descritas en el párrafo anterior y modelado con ayuda de paquetes computacionales especializados en modelado de puentes. Para el análisis económico se han considerados los costos vigentes en el país a la fecha de haber realizado este proyecto, tanto para materiales como para mano de obra, además, se ha determinado un cronograma de actividades con ayuda de diagramas de Gantt y cronogramas valorados en escalas de tiempo iguales para cada puente bajo condiciones similares de ubicación y facilidad de logística, para establecer indicadores de comparación consistentes.. Palabras clave: puente, superestructura, hormigón postensado, costos vigentes, análisis económico..

(25) xxiv. ABSTRACT In the present project, the design, technical comparison and economic comparison of the superstructure of two bridges of 30 meters in length without intermediate supports is made, considering the slab variants on post-tensioned concrete beams and box girder. The design is based on what specified in the AASHTO LRFD 2017, ACI-14, NEC-15 and NEVI-12. For the bridge with the variant slabs on beams the design has been made with the help of spreadsheets developed during the elaboration of this project, while for the bridge with the variant of box girder a pre-design based in the standards described in the previous paragraph and modeled with the help of computer packages specialized in bridge modeling. For the economic analysis, the current costs in the country have been taken into account at the time of this project, both for materials and for labor, in addition, a schedule of activities has been determined with the help of Gantt charts and timetables valued in equal time scales for each bridge under similar conditions of location and ease of logistics, to establish consistent comparison indicators.. Keywords: bridge, superstructure, post-tensioned concrete, current costs, economic analysis..

(26) xxv. PRESENTACIÓN El presente Proyecto Técnico está constituido por cinco capítulos en los que se desarrollan los siguientes temas: CAPÍTULO I: INTRODUCCIÓN. Se describen las generalidades, objetivo general, objetivos específicos, alcance y justificaciones del proyecto técnico. CAPÍTULO II: MARCO TEÓRICO Se describe el marco teórico donde se establece los conceptos fundamentales de puentes losa sobre vigas y puentes vigas-losa-cajón en hormigón postensado, así como también se describen los materiales que se consideran en el análisis. CAPÍTULO III: DISEÑO DE PUENTES Se establecen los principales parámetros de diseño en hormigón postensado para los dos tipos de puentes y de cada uno se desarrolla un ejemplo de cálculo. Para ejemplo de diseño del puente losa sobre vigas postensadas se realizan los cálculos respectivos paso a paso con ayuda de hojas Excel. Mientras que el ejemplo de diseño del puente vigas-losa-cajón se realiza mediante modelación en un software de análisis estructural para puentes. CAPÍTULO IV: MÉTODO CONSTRUCTIVO Y COSTOS Se realiza una explicación del método constructivo In Situ para los dos puentes y además se realiza una breve descripción de otros métodos constructivos para puentes como es el caso de los volados sucesivos y dovelas prefabricadas. En esta sección también contiene el análisis económico compuesto por el análisis de precios unitarios, presupuesto general, cronograma de actividades y comparación económica entre las dos alternativas de puentes en hormigón postensado. CAPÍTULO V: CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Se realiza una discusión de los resultados obtenidos en el diseño y en el análisis económico del puente losa sobre vigas y del puente vigas-losa-cajón..

(27) 1. CAPÍTULO I: 1. INTRODUCCIÓN 1.1.. GENERALIDADES. En el Ecuador los puentes forman parte del progreso y desarrollo nacional que han permitido comunicar comunidades, ciudades e inclusive naciones entre sí, como es el caso del Puente Internacional Rumichaca inaugurado en 1920 que permitió un mayor desarrollo comercial y cultural entre los pueblos fronterizos de Ecuador y Colombia, otro ejemplo es el Puente de la Unidad Nacional construido sobre el río Guayas en 1971. Estos y otros puentes construidos en el siglo XX y especialmente los puentes construidos durante este siglo son evidencia de la importancia de este tipo de estructuras en el Ecuador, ya que al tener un territorio tan accidentado cada vez es necesario salvar ríos, grandes depresiones en el terreno o quebradas, no solo para comunicar ciudades, sino que en algunos casos acortar el tiempo de viaje en vías existentes y de esta manera fortalecer la red vial para fomentar el desarrollo productivo de la nación (NEVI-12, 2013). En otros países, especialmente países desarrollados, se han realizado grandes avances en el diseño y construcción de puentes con hormigón postensado y construcción de puentes viga cajón mediante dovelas. De esta manera se ha conseguido construir puentes de mayores luces y optimizar los materiales al tener secciones estructurales más eficientes (Araújo, 2011). Desafortunadamente en Ecuador aún no se ha logrado generalizar estas nuevas tendencias de diseño de puentes, es por ello que en el país se han construido pocos puentes importantes con vigas-losa cajón, en este ámbito el caso más representativo es el puente sobre el Río Chiche que se construyó en el 2014 en la Ruta Viva con la tecnología de dovelas tipo viga cajón unidas mediante postensado, pero este puente fue construido por una empresa española llamada Grupo Puentes y no una empresa ecuatoriana (Araújo, 2011). Además, en el Ecuador no se tiene mucha experiencia en el diseño y construcción de este tipo de puentes y como normativa vigente se tiene la Norma Ecuatoriana Vial NEVI-12 que brinda especificaciones generales sobre la construcción de.

(28) 2. caminos y puentes, pero no posee criterios técnicos específicos para el diseño de puentes. Por lo que los diseñadores y calculistas estructurales toman como referencia la norma americana AASHTO LRFD Bridge Design Specifications 2017 realizando sus propias interpretaciones y asunciones, lo que dificulta aún más el correcto desarrollo e implementación de puentes de hormigón pos-tensado y vigas losa cajón (Boja Salazar & Taipe Ansi, 2017). El presente proyecto técnico se enfoca en realizar un estudio comparativo entre el diseño de la superestructura de un puente losa con vigas de hormigón pos-tensado y un puente tipo viga-losa-cajón, tomando como referencia la norma AASHTO LRFD y un trabajo previo enfocado en adaptar criterios de diseño de superestructura de puentes de la norma AASHTO LRFD, 2017 a las condiciones de Ecuador realizado por Borja Salazar y Taipe Anasi, 2017. Además, efectuar un análisis económico entre las dos propuestas tomando como referencia los precios de los materiales, mano de obra y maquinaria en el Ecuador y así poder determinar la variante más ventajosa. La primera variante a comparar es un puente viga-losa con vigas de hormigón postensado y la segunda variante es un puente tipo viga-losa-cajón en volados sucesivos (dovelas) unidos por pos-tensado (FIGURA 1.1). El puente en ambos casos será de 30 metros de luz sin considerar apoyos intermedios. FIGURA 1.1 Sección transversal de un puente tipo “Viga-Losa-Cajón” de hormigón pos-tensado. Puente sobre el río Pisuerga, España.. FUENTE: (Llombart, 2017).

(29) 3. 1.2.. OBJETIVOS. 1.2.1. OBJETIVO GENERAL Realizar el diseño y comparación económica de la superestructura de un puente de 30 metros de luz sin apoyo intermedio, considerando las variantes de losa con vigas de hormigón pos-tensado y vigas-losas-cajón. 1.2.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS x. Diseñar la superestructura de un puente de 30 m de luz sin apoyos intermedios con vigas de hormigón pos-tensado de acuerdo a lo indicado ACI-14, NEC-15, AASHTO LRFD 2017 y NEVI-12.. x. Diseñar la superestructura de un puente de 30 m de luz sin apoyos intermedios con vigas losas cajón de acuerdo a lo indicado ACI-14, NEC-15, AASHTO LRFD 2017 y NEVI-12.. x. Describir los criterios a considerar para el diseño a flexión y corte de puentes con vigas de hormigón postensado o vigas cajón.. x. Realizar el costo de las variantes de los puentes diseñados, basándose en los precios de materiales de construcción, mano de obra y equipo presentes en el país.. x. Comparar técnica y económicamente ambas variantes para determinar la más ventajosa para su aplicación en Ecuador.. 1.3.. ALCANCE. En el presente proyecto técnico se realiza un estudio comparativo técnico, constructivo y económico entre el diseño de la superestructura de un puente losa con vigas de hormigón postensado y un puente tipo viga-losa-cajón, según la norma AASHTO LRFD 2017 y el ACI 318-14, adaptando apropiadamente los criterios de diseño a las condiciones del Ecuador con las normas NEC 2015 y NEVI-12. Además de acuerdo con la Federal Highway Administration, 2016, el rango típico de aplicación para los puentes viga-losa-cajón construidos en sitio varía desde los 30 m hasta los 75 m y para los puentes losa sobre vigas este rango es de ente los 12 m hasta los 60 m. Entonces en base a estos rangos de aplicación se ha seleccionado una longitud de 30 m para el diseño y posterior compración entre los.

(30) 4. puentes losa sobre vigas y viga-losa-cajón en hormigón postensado del presente proyecto técnico. FIGURA 1.2 Rangos de intervalos típicos para varios tipos de puentes de hormigón pretensado.. Cable-Stayed CIP Balanced Cantilever Box PC Balance Catilever Box Spliced Girders CIP Box on Falsework PC Span-by-Span Box PC Girders/CIP Girders Flat Slabs 0. 30. 60. 90. 120 150 180 210 240 270 300. Longitud del vano (m). FUENTE: (Federal Highway Administration, 2016) En la FIGURA 1.2 se puede observar las longitudes típicas de aplicación para varios tipos de puentes en hormigón pretensado, entre los cuales se encuentran marcado en color rojo los puentes bajo estudio. El análisis económico entre las dos propuestas se efectúa tomando como referencia los precios oficiales de los materiales de construcción, mano de obra y maquinaria en el Ecuador y de esta manera establecer la variante más ventajosa. A continuación se muestra la ¡Error! No se encuentra el origen de la referencia. donde se puede observar las longitudes típicas de aplicación para varios tipos de puentes en hormigón pretensado, entre los cuales se encuentran marcado en color rojo los puentes bajo estudio.. 1.4.. JUSTIFICACIÓN. 1.4.1. JUSTIFICACIÓN TEÓRICA El presente proyecto tiene por objetivo ampliar el conocimiento sobre diseño de la superestructura de puentes tomando en cuenta dos variantes: la primera variante.

(31) 5. es el uso de vigas postensadas y la segunda variante es el uso de vigas losa cajón, para el diseño de estas se usará como referencia lo descrito en la ACI-14, AASHTO LRFD 2017 y NEVI-12. La aplicación de las normas antes nombradas se realizará tomando en cuenta que estas son aplicadas para las condiciones presentes en Estados Unidos, por lo cual se tomará en cuenta las consideraciones necesarias para aplicarlas a las condiciones en Ecuador apoyándose en lo planteado por la Norma Ecuatoriana de Construcción NEC-15. 1.4.2. JUSTIFICACIÓN METODOLÓGICA La realización del presente proyecto se realizará en base a la información bibliográfica obtenida de las normas internacionales como son la AASHTO LRFD 2017 y la ACI-14 y adaptando los parámetros de normas nacionales como la NEC15 y NEVI-12 para poder adaptar las condiciones ecuatorianas. La finalidad del proyecto es generar una guía básica para diseño de la superestructura de un puente losa con vigas postensadas y de un puente viga-losacajón, la cual sirva como fuente para complementar el estudio de puentes losa con vigas postensadas estudiados en pregrado, además de dar a conocer para su implementación el uso del sistema viga losa cajón. 1.4.3. JUSTIFICACIÓN PRÁCTICA Alrededor del mundo, principalmente en países desarrollados como Estados Unidos, el sistema más utilizado en la construcción de puentes modernos es el que está basado en vigas-losa-cajón postensadas debido a que permite la construcción de vanos más largos sin necesidad de pilas intermedias, los esfuerzos del postensado mejoran el control de agrietamiento en las vigas de hormigón y también por su apariencia estética (Hsiao & Jiang, 2016). Estas características suponen ventajas técnicas y económicas respecto a otros tipos de puentes, como los puentes viga-losa de hormigón pos-tensado, pero no necesariamente suponen la mejor opción para la construcción de puentes en el Ecuador, debido a características propias del sitio como la especialización en la mano de obra, tecnología de construcción y precios de los materiales y maquinaria de construcción..

(32) 6. Como estudiantes de pre-grado al realizar el presente proyecto de titulación, se espera que el mismo sirva como complemento para nuestra formación académica, debido a que en el plan de estudio cursado no se trató como un tema de asignatura las características y diseño de puentes viga losa cajón. Lo que se busca al final de este proyecto es tener una comparación técnica, constructiva y económica de la superestructura de un puente de un solo vano usando vigas postensadas o vigas-losa-cajón, bajo condiciones de nuestro país, que sirva como referencia para estudiantes de Ingeniería Civil que quieran conocer las diferencias que existen entre estos sistemas de construcción, además de ayudar a profesionales al momento de decidir el uso de cualquiera de los dos sistemas de construcción (Terzioglu, Jiang, Hueste, & Mander, 2016)..

(33) 7. CAPÍTULO II: 2. MARCO TEÓRICO 2.1.. PUENTES. 2.1.1. HISTORIA Nuestros antepasados eran nómadas, es decir, se desplazaban en busca de lugares en los que puedan asentarse, donde exista facilidad de obtención de alimentos, agua y refugio para poder desarrollarse como comunidad. Este hecho creó la necesidad de cruzar o librar los obstáculos presentes en su camino como fallas geológicas o ríos, y así se fueron encontrando los primeros puentes naturales tales como (Romero, 2014): 9 Puente colgante, formado por lianas de grandes árboles y selvas. 9 Puentes en arco, formados por rocas las cuales fueron erosionadas formando un agujero en la parte inferior de las mismas. 9 Puentes de vigas, formado por un tronco de árbol el cual atraviesa algún obstáculo. FIGURA 2.1 El primer tipo de puente.. FUENTE: (Diseño de Puentes AASHTO, 2014) Con el pasar del tiempo nuestros antepasados fueron aplicando lo visto en la naturaleza y empezaron a construir sus propios puentes, siendo la piedra y la madera los primeros materiales en ser usados para este fin, los romanos fueron los que se especializaron en el uso de la piedra para construir sus puentes, se calcula que la red de carreteras del Imperio Romano llegó a sumar 90000 Km de longitud,.

(34) 8. donde se construyeron alrededor de 2000 puentes (Muñoz, 2012 y Diseño de Puentes AASHTO, 2014). FIGURA 2.2 Pont du Gard en Nîmes (Puente del Gard).. FUENTE: (Rubín , 2012) No fue sino hasta finales del siglo XVIII con la revolución Industrial, y la aparición del hierro como nuevo material de construcción que se cambió la forma construcción, de trabajo artesanal a un trabajo mecánico y más organizado, y como era de esperarse también se aplicó a la construcción de puentes, siendo el puente de Coalbrookdale (1776-1779) sobre el Severn en Inglaterra el primer puente hecho de hierro (Manterola, Evolución de los puentes en la historia reciente, 1984). FIGURA 2.3 Puente de Coalbrookdale.. FUENTE: (Revista ARQHYS, 2012) Con el pasar del tiempo se vio necesaria la construcción de puentes de mayor longitud y que soporten mayor carga, por lo tanto, deben tener mayor resistencia a la flexión, compresión, tracción y corte, para cubrir esta necesidad se combinaron.

(35) 9. el hormigón que proporciona la resistencia a compresión y corte y el acero que ayuda con la resistencia a flexión y tracción, el desarrollo y perfeccionamiento de estos materiales han permitido la construcción de puentes con longitudes cada vez mayores y con secciones más esbeltas (Bazán, 2013). FIGURA 2.4 Gran Puente de Danyang – Kunshan, 189,8 kilómetros, 2006.. FUENTE: (Ingeoexpert, 2018) 2.1.2. TIPOS DE PUENTES Los puentes pueden se clasificados según muchas características, mas no existe una forma específica de clasificarlos, por lo tanto, se puede considerar la siguiente clasificación según algunas características (Diseño de Puentes AASHTO, 2014): a) Por su longitud: x. Puentes mayores (Luces de vano mayores a los 50 m). x. Puentes menores (Luces entre 10 y 50 m). x. Alcantarillas (Luces menores a10 m).. b) Por el servicio que presta: x. Puentes camineros. x. Puentes ferroviarios. x. Puentes en pistas de aterrizaje. x. Puentes acueducto (para el paso de agua solamente). x. Puente canal (para vías de navegación). x. Puentes para oleoductos. x. Puentes basculantes (en zonas navegables).

(36) 10. x. Puentes parpadeantes (en cruces de navegación). x. Puentes peatonales. x. Puentes mixtos. c) Por el material x. Puentes de madera. x. Puentes de mampostería de ladrillo. x. Puentes de mampostería de piedra. x. Puentes de hormigón ciclópeo. x. Puentes de hormigón simple. x. Puentes de hormigón armado. x. Puentes de hormigón pretensado. x. Puentes de sección mixta. x. Puentes metálicos. d) Por ubicación del tablero x. Puente de tablero superior. x. Puente de tablero inferior. x. Puente de tablero intermedio. x. Puente de varios tableros. e) Por los mecanismos de transmisión a la infraestructura x. Puente de vigas. x. Puentes aporticados. x. Puentes de arco. x. Puentes de volados sucesivos. x. Puentes atirantados. x. Puentes colgantes. f) Por ángulo que forma el eje del puente x. Puentes rectos (ángulo de esviaje de 90°). x. Puentes esviajados (ángulo de esviaje menor a 90°). x. Puentes curvos (ángulo variable a lo largo del eje).

(37) 11. 2.2.. VIGAS POSTENSADAS. 2.2.1. DEFINICIÓN El postensado es una derivación del pretensado, pero en este caso se fabrica la pieza de hormigón dejando orificios longitudinales o conductos que siguen el mismo perfil que se haya decido para los tendones de postensado. La colocación de estos conductos se realiza previo al vaciado del hormigón. Una vez endurecido el hormigón se enhebran dichos conductos pasando por su interior el acero, y mediante equipos adecuados (gatos de tesado) se procede posteriormente a su estiramiento hasta alcanzar la tensión deseada en cada uno (Hernández & Hernández, 2011). Una vez concluida la operación de tesado se anclan los tendones y en muchos casos se inyecta grout (lechada) en los conductos hasta que se logre cubrir todos los espacios vacíos, especialmente si el pretensado es adherente, como se muestra en la FIGURA 2.5 (Hernández & Hernández, 2011). FIGURA 2.5 Proceso cronológico para la ejecución de una pieza con armadura postensada: (a) Fabricación del elemento; (b) Colocación de la armadura; (c) Tensado por ambos extremos; (d) Transferencia de carga al hormigón.. FUENTE: (Hernández & Hernández, 2011).

(38) 12. 2.2.2. VENTAJAS Y DESVENTAJAS 2.2.2.1.. Ventajas. Uniones sencillas y eficientes entre losas, vigas, muros y columnas, que eliminan problemas de juntas entre dichos elementos. En losas sin vigas estas uniones son aún más sencillas ya que al no existir las vigas no hay que ser tan cuidadoso en el plomo de la viga que coincidiría con el plomo del muro. Acortamiento significativo de plazos de ejecución de la obra rústica gracias a rápidos y eficientes programas de construcción. El sistema de encofrado se puede retirar inmediatamente concluido el tensado. Por lo general hay siempre eficientes programas de ejecución debido a que los moldes se deben reusar en niveles superiores (Torres & Morales, 2011). La transferencia de la fuerza se puede hacer sobre un hormigón de mayor edad y por tanto de mayor resistencia, contribuyendo a disminuir las pérdidas de tensión. Livianas estructuras que permiten disminuir la altura del edificio, reducir las cargas de fundación y aumentar las luces. Cuando el trazado de los tendones deja de ser recto, lo que resulta muy frecuente con este sistema, aparece una componente vertical de cortante que se opone ventajosamente al esfuerzo de corte originado por las cargas externas, permitiéndose un incremento del espaciamiento de la armadura pasiva transversal, con el consecuente ahorro de acero. Muy útil para segmentar en dovelas a piezas de gran porte, las que luego pueden ser unidas en la obra. Aplicable a estructuras hiperestáticas o continuas, en las que incluso pueden existir cambios de curvatura en la directriz de los cables o alambres (Hernández & Hernández, 2011). 2.2.2.2.. Desventajas. Se ven limitadas las posibilidades de la industrialización de la construcción, pues aun cuando la ejecución de la pieza de hormigón puede realizarse completamente en fábrica, la colocación de los tendones y su estiramiento exigen un proceso menos industrializado, lo que recientemente se viene mejorando bajo algunas patentes..

(39) 13. A diferencia del hormigón sin postensar se requiere de mano de obra y maquinaria especializada. El sistema es más caro que el de hormigón pretensado. Los anclajes no se recuperan y quedan perdidos en el hormigón. Precisa una vaina (ducto metálico corrugado) e inyección posterior de gran complejidad de ejecución en el caso de no utilizarse el acero engrasado (que ya viene envainado y engrasado de fábrica y es más caro aún). El acero utilizado es un acero especial de “baja relajación” más caro que el acero común (Torres & Morales, 2011). La inyección de los conductos mejor lograda no llega a reproducir el mismo nivel de adherencia que se alcanza con la técnica que se sigue en el caso del pretensado. La posibilidad de utilizar trazados curvos incrementa las pérdidas por fricción durante el tesado (Hernández & Hernández, 2011).. 2.3.. VIGAS-LOSA-CAJÓN. 2.3.1. DEFINICIÓN Las secciones viga-losa-cajón son elementos de concreto postensado o pretensado, de peralte constante o variable dependiendo de la luz que se necesite cubrir y por su forma presentan un aspecto arquitectónico agradable a la vista. Estas secciones están conformadas por una losa superior, dos o más almas, y una losa inferior como se puede ver en la FIGURA 2.6 (Alosilla, 2015). FIGURA 2.6 Esquema de un puente viga-losa-cajón de hormigón postensado.. FUENTE: (Yepes, 2018).

(40) 14. Por sus características geométricas, las secciones viga-losa-cajón, permiten obtener una gran rigidez a flexión y a torsión por lo que pueden cubrir luces de hasta 300 m y posibilitan la construcción de curvas en puentes (Araújo, 2011). Pueden construirse “in-situ” o emplearse secciones prefabricadas que dependerá de las condiciones y necesidades de cada proyecto, es así que para la construcción in-situ se necesitará de encofrados y sus respectivas cimbras para sostener la estructura hasta que el hormigón alcance la resistencia requerida. Por otro lado, al emplear secciones prefabricadas se necesitará de una planta donde se fabriquen las secciones del puente para posteriormente llevarlos al sitio de construcción donde es necesario de una estructura con grúa que mueva y coloque los elementos prefabricados en el sitio correcto (Alosilla, 2015). 2.3.2. SECCIONES TRANSVERSALES TÍPICAS Las secciones transversales de la superestructura de puentes viga-losa-cajón postensadas pueden ser vigas-losa-cajón de múltiples celdas (FIGURA 2.7) o de celda única (FIGURA 2.8) (Federal Highway Administration, 2016). FIGURA 2.7 Viga-losa-cajón de múltiples celdas.. FUENTE: (Federal Highway Administration, 2016) ELABORACIÓN: Almeida & Armas.

(41) 15. FIGURA 2.8 Viga-losa-cajón de una sola celda o unicelular.. FUENTE: (Federal Highway Administration, 2016) ELABORACIÓN: Almeida & Armas “Los componentes básicos de la sección transversal son: 9. Losa superior: toda la losa de hormigón incluidas las partes entre las almas internas y los voladizos fuera de las almas exteriores,. 9. Voladizos: salientes de la losa superior,. 9. Almas: pueden ser interiores o exteriores, verticales o inclinadas,. 9. Losa inferior: conecta las almas en la parte inferior y cierra la sección” (Federal Highway Administration, 2016).. Las secciones viga-losa-cajón de celdas múltiples se pueden emplear en puentes de cualquier ancho, variando el espacio entre las almas y/o variando el número de celdas. El ancho de las vigas-losa-cajón de celda única varía generalmente entre 7.62 m (25 ft) a 18.30 m (60 ft) y en casos especiales pueden llegar hasta 24.40 m (80 ft). Este amplio rango de anchos de las vigas-losa-cajón de celda única se puede lograr mediante el uso de postensado transversal dentro de la losa superior para controlar los esfuerzos de tensión debido a cargas permanentes y cargas vivas más los efectos de impacto (Federal Highway Administration, 2016). 2.3.3. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LAS SECCIONES VIGA-LOSA-CAJÓN 2.3.3.1.. Ventajas. En la actualidad un gran número de puentes de medianas y grandes luces se construyen con secciones viga-losa-cajón como elemento portante principal de la superestructura para resistir los esfuerzos longitudinales a los que se someten los.

(42) 16. tableros de los puentes. Además, dentro del entorno de diseño y construcción de puentes las ventajas que este tipo de secciones ofrecen son ideales para puentes de luces medianas en adelante, es así que a partir de los 30 m de longitud se empieza a compensar su dificultad constructiva frente a otras configuraciones de sección transversal de puentes (Alosilla, 2015). Entre las ventajas que ofrecen este tipo de secciones, se puede destacar su eficiencia para resistir esfuerzos de flexión positivos y negativos puesto que las losas superiores e inferiores absorben la mayoría de estos esfuerzos, asimismo estas secciones poseen una mayor rigidez torsional debido a su condición de sección cerrada que en la mayoría de casos evita utilizar diafragmas intermedios (Alosilla, 2015). Otra ventaja es que al tener una gran rigidez transversal permite reducir al mínimo el espesor de las paredes por lo que se logran secciones más delgadas y esbeltas (Araújo, 2011). Adicionalmente, las secciones viga-losa-cajón poseen un gran radio de giro, es decir una gran relación Inercia-Área, por tanto, se consigue un extraordinario rendimiento para el uso de postensado (Alosilla, 2015). Todos los aspectos anteriormente mencionados hacen que las secciones viga-losacajón posean un buen comportamiento estructural, así como un menor peso en relación a otras alternativas en puentes de medianas y grandes luces. Para luces pequeñas o menores a 30 m se pueden emplear este tipo de secciones, pero las dificultades de ejecución y construcción, no se compensan con las ventajas estructurales y reducción de peso que ofrecen las secciones viga-losa-cajón (Alosilla, 2015). 2.3.3.2.. Desventajas. Las secciones viga-losa-cajón, al igual que poseen diversas ventajas, también poseen desventajas que pueden llegar a ser significativas, especialmente dentro del aspecto constructivo, si no se posee la experiencia, equipo y maquinaria necesaria para su ejecución en obra. Entre las principales desventajas se encuentra la complejidad en la construcción ya que es necesario de mucha obra falsa, cimbras y encofrados, sí la construcción se realiza in-situ. De esta manera el rendimiento en la construcción de este tipo de.

(43) 17. puentes puede complicarse y en consecuencia se requiera emplear mucha mano de obra y maquinaria especializada (Alosilla, 2015). En el caso de secciones viga-losa-cajón de múltiples celdas hechas en sitio, el encofrado y vaciado del hormigón puede dificultarse, además el acceso al interior del cajón es complicado para realizar algún tipo de mantenimiento, es por esto que se prefiere utilizar secciones viga-losa-cajón unicelulares ya que la obra de encofrado es menos ardua y económicamente son rentables a partir de los 30 m de luz (Araújo, 2011). Todos estos aspectos derivan en un mayor tiempo de construcción, es decir una construcción lenta, en ambos casos. Si la construcción se realiza in-situ mediante el método de volados sucesivos o construcción en voladizo es necesario contar con un encofrado móvil, a parte, si la sección es de peralte variable hay que tomar en cuenta esta variación haciendo más laboriosa su construcción en relación a puentes de otras tipologías como los puentes de losas sobre vigas (Huaca, Juiña, Suntaxi, & Yunga, 2012). En el caso de construcción de puentes viga-losa-cajón con elementos prefabricados se requiere de una superficie extra de trabajo para la construcción de los segmentos prefabricados, y si estas instalaciones no se encuentran cerca del sitio de construcción del puente se debe realizar más gastos de transporte. Adicionalmente, es preciso el uso de equipos tecnológicos avanzados como una estructura de soporte para la construcción y una grúa para instalar los elementos prefabricados (Araújo, 2011) 2.3.4. CARACTERÍSTICAS 2.3.4.1.. Resistencia a la flexión. La capacidad de resistencia a la flexión está en función del peralte de la sección y de las áreas de losa superior e inferior. Es así que se puede conseguir un cajón más rígido o resistente aumentando el peralte de la sección o incrementando el área de la losa inferior, ya sea variando el espesor y manteniendo el ancho o viceversa. La losa superior por lo general está sobredimensionada y tanto su ancho como espesor están condicionados por aspectos constructivos y funcionales (Manterola, Puentes: Apuntes para su diseño, cálculo y construcción, 2006)..