Facultad de Arquitectura e Ingeniería Carrera de Ingeniería Civil
DISEÑO DEL PUENTE VIGA -LOSA, SOBRE EL RIO LAS
LAVAS (SANTIAGO)
Monografía para optar por el título de Ingeniero Civil
PRESENTADO POR: RICHARD LEONEL MOYA M.
ABRAHAN TAVERAS BAEZ
ASESORES:
ING. JUAN ELIAS ORTIZ
ING. ALBERTO A. RODRÍGUEZ, Ph.D.
Santiago de los Caballeros República Dominicana
Facultad de Arquitectura e Ingeniería Carrera de Ingeniería Civil
DISEÑO DE PUENTE VIGA-LOSA SOBRE EL RIO LAS
LAVAS (SANTIAGO)
Monografía para optar por el título de Ingeniero Civil
PRESENTADO POR:
RICHARD LEONEL MOYA M. 1-01-4402
ABRAHAN TAVERAS BAEZ 1-04-3684
ASESORES:
ING. JUAN ELIAS ORTIZ
ING. ALBERTO A. RODRÍGUEZ, Ph.D.
Santiago de los Caballeros República Dominicana
Diseño del Puente viga-losa Sobre el río las Lavas
(Santiago)
Introducción...………..……….……xiii
Capítulo I. Generalidades: Puente 1.1 Concepto de puente ……….………..……..………....2
1.2 Origen y evolución de puentes ………..………2
1.2.1 História de los puentes dominicanos…..………...….…..4
1.3 Tipos de puentes ……….………...5
1.3.1 elección de puentes ….………....5
1.4 Clasificación de los puentes……...………...……....6
1.4.1 Dependiendo del tipo de estructura….…..…..…….……...6
1.4.1.1 Puentes losas….…………....…………..…………...7
1.4.1.2 Puente vigas………..…7
1.4.1.3 Puentes de arcos………....………...7
1.4.1.4 Puentes de armaduras………..………..…8
1.4.1.5 Puentes sustentados por cable….………..8
1.4.1.5.1 Puentes colgantes……….….…………...8
1.4.1.5.2 Puentes atirantados…….……….……....…....9
1.4.1.5.3 Puentes voladizos (cantilever)…….………..10
1.4.1.5.4 Puentes flotantes………...………….………11
1.4.1.5.5 Puentes móviles………..……….….….11
1.4.1.5.5.1 Basculantes……...12
1.4.1.5.5.2 Giratorios y horizontales….………12
1.4.1.5.5.3 De elevación vertical...………13
1.5 Según su función y utilización………..…14
1.5.1 Puentes peatonales……….…………...14
1.5.2 Puentes carreteros……….………....14
1.5.3 Puentes ferroviarios……….………..…….…..…15
1.6 Diversidad de puentes según los materiales………..……….…….….15
1.6.1 De madera………..………..………..…….…..15 1.6.2 De mampostería……….….………….……...…….15 1.6.3 De acero ……….……….……...…...16 1.6.4 De hormigón armado……...……….……...…17 1.6.4.1 Pretensado………...17 1.6.4.2 Postensado...……...18 1.6.5 Compuesto..……….………...19
1.7 Superestructura de los puentes...……...19
2.1.1 Cemento………..……….…24 2.1.1.1 Cemento portland………...…24 2.1.2 Agua……….25 2.1.3 Agregados………...25 2.1.3.1 Agregados finos……….………...…...26 2.1.3.2 Agregados gruesos………..……...…..26 2.1.4 Aditivos……….………...…....27
2.2 Resistencia del hormigón………....…..27
2.2.1 Resistencia a la compresión………...………..….……...28 2.2.2 Resistencia a la abrasión………….……….……….….29 2.3 Acero…….…….……….…...…30 2.3.1 Acero de refuerzo………..………..…...31 2.3.2 Acero corrugado …...……….……...………...32 2.3.3 Acero estructural………..………...34
2.4 Elementos estruturales de los puentes………..………35
2.4.1 Super estructura…………...………..……….….35
2.4.2 subestructura………...………...……...37
2.4.3 Infraestructura………...………...…………...….37
2.4.3.1 Cimentacion………..……….…...38
2.4.3.1.1 Pilotes……….………...40
2.4.3.1.1.1 Funciones de los pilotes….………....40
2.4.3.1.1.2 Tipos de pilotes………..…….……...41
2.4.4 Muro de contencion………..…….………..…43
2.4.4.1 Tipos de muros……….…...44
2.5 Causas que generan problemas en los puentes………..…...…45
2.6 Mantenimiento de los puentes………...……….…...….…...49
2.6.1 Mantenimiento preventivo...50
2.6.2 Mantenimiento correctivo………….……….……...…51
Capítulo III: Detalles y Especificaciones del Proyecto 3.1 Objetivo………....….………..56 3.2 Ubicación……….56 3.3 Descripción…………..……..…...………..…….……...… 56 3.4 Especificaciones de la AASTHO...57 3.5 Cargas………...………...………...62 3.5.1Carga viva………...…….……….………...…...…….62 3.5.2 Carga de impacto……….……….……..…...…..63 3.5.3 Carga muerta……….…...……...65
3.6.1 Fuerzas centrifugas……….….…..……….………76
3.6.2 Fuerzas por cambio de temperatura....……..………..……77
3.6.3 Fuerzas por empujes de tierra………..………..……….79
3.7 Estudios……...………..…..………..………80
3.7.1 Hidrológicos…………..……….….……….………..….80
3.7.2 Topográfico………...…….…….………82
3.7.3 Suelo………...….….………...83
3.7.4 Transito……….…...…….………….…..92
Capítulo IV: Diseño del Puente Viga-Losa 4.1 Análisis y diseño de losa ……….………….…94
4.1.1 Momento muerto……….….…95
4.1.2 Momento vivo ……….……...……….…95
4.1.3 Momento de impacto…………....……….…...…95
4.1.4 Diseño en la etapa elastica de losas …....…….…………..….96
4.2 Diseño de Baranda………...……..97
4.3 Analisis y Diseno de vigas interiores……….………100
4.3.1 Momento muerto………..…….100
4.3.2 Momento vivo……….……..………...….101
4.3.3 Momento de impacto……….……….………...103
4.3.4 Fuerza cortante de diseno………….……….………104
4.3.4.1 Cortante vivo………..……...104
4.3.4.2 Cortante muerto……….…….…….….…...105
4.3.4.3 Cortante de Impacto……….…..…………...105
4.3.5 Diseño de la viga interior…...………...………...105
4.4 Análisis y Diseño de vigas exteriores……….…106
4.4.1 Momento muerto………...……….………106
4.4.2 Momento vivo.………..….………...….107
4.4.3 Momento de Impacto……….………...….107
4.4.4 Fuerza cortante de diseño ………...…..……..……..…108
4.4.4.1 Cortante vivo ………..………..…………108
4.4.4.2 Cortante muerto ……….………...…108
4.4.4.3 Cortante de impacto ………..……109
4.4.5 Diseño de la viga exterior………..……..………….…109
4.5 Diseño de Columnas……….……...…...………...110
4.6 Diseño de pilotes………..………...…….……....…….111
4.6.1 Resistencia como columna……….112
Recomendaciones...129
Glosario………...………....131
Anexos……….………..………..135
II
momento, por darme unos padres ejemplares y enseñarme que todo cuesta sacrificio.
A mis padres, Ada Noris Mendoza y Richard Leonel Moya: por
todo el amor, dedicación, confianza y todo su empeño para ver hoy en mí su sueño realizado.
A mi Esposa, Yamilka Trinidad, mis suegros y mis cuñados por su
ayuda intelectual y social en el desarrollo de mi carrera.
A mis hermanos de sangre y de crianza, Carolina, Carlos Alberto, Carlos Enrique, Argenis Félix y Richelli: por el gran amor y
comprensión que me han brindado, este logro es de ustedes.
A mis sobrinos, a mis abuelos, Enrique, Efraín, Angelito, Gladis,
Elena y Ana, tíos, primos y demás familiares: por su apoyo incondicional. A mi compañero de monográfico, Abrahan Taveras: por
ayudarme cuando lo necesitaba, haciéndolo incondicionalmente. A mis
amigos: Marcos del Rosario, Dilson Peña, Rafael, Guelvin .
III
alcanzar todo lo que me he propuesto en mi vida.
A mis padres, Yanet Alt. Báez y Teódulo Taveras Pérez, por
enseñarme los valores que tanto me han servido en mi vida, por el amor, comprensión y el apoyo.
A mis hermanos, Ana Taveras Báez y Teódulo Taveras Báez, por
servirme de ejemplo y de estímulo para alcanzar ser un hombre de bien como ustedes, los quiero. A mi querida abuela consuelo Ramírez Rivas, por tanto cariño y apoyo brindado. Y a esos seres tan especiales, Egnora
Taveras P., Rafael Ant. Báez P. (Cucullo) y Narciso E. Gonzales.
Al Lic. Abel Rojas Núñez , por sus aportes a mi desarrollo
intelectual, muchísimas gracias!!!.
A mis compañeros de estudio, sin excepción, Pero sobre todo a mi
compañero de monográfico Richard Moya y a las Flias. Taveras Días,
Rojas Taveras, Báez Castillo, Gómez Báez, Ramírez Peña, Ramírez Ramírez, Báez Núñez, Taveras Melgen.
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para realizar nuestro más preciado objetivo: nuestra carrera universitaria.
A la Universidad Tecnológica de Santiago (UTESA): por
formarnos y prepararnos como profesionales.
A todas las personas, familiares y amigos, que colaboraron de
Forma directa o indirecta.
Al Doctor Alberto Rodríguez, nuestro asesor metodológico y
Colaborador principal.
Al ingeniero Elías Ortiz, nuestro profesor asesor por sus enseñanzas
claras y precisas.
A los ingenieros: Persio Gómez, Elvin Cabrera, Juan Pichardo, Luís
Almonte, Omar Sandivar, Atuey Martínez y Samuel Salomón. Por sus enseñanzas y respeto hacia nosotros.
VII
Gonzáles, se ha de tomar para realizar un diseño que pueda solucionar el deterioro por socavación en su fundación ya que pone en peligro la vida de cada uno de los transeúntes que utilizan tan importante obra. Este diseño debe de estar acorde con lo que demanda esta estructura debido al volumen de tráfico que toma este puente como vía de acceso. Se demanda de que los usuarios que circulen por el mismo se sientan con la debida seguridad y comodidad que amerita la autopista Dr. Joaquín Balaguer R. porque así también garantiza el desarrollo económico de la zona y la región.
Por la importancia de esta autopista, por la arteria vial que representa, ya que esta sirve de vía de comunicación para los viajantes que van desde la línea noroeste a la ciudad de Santiago y viceversa. Es por esa razón que el auge de vehículos que circulan por la misma es de mucha consideración.
Los puentes son construcciones artificiales que permiten salvar accidentes geográficos o cualquier otro obstáculo físico, el diseño de cada puente varía dependiendo de su función y de la naturaleza del terreno sobre donde se construirá el puente.
VIII
depresión topográfica colocando un tronco de algún árbol ya empezaría lo que hoy en día conocemos como puentes. Después de los troncos de árboles, los siguientes puentes fueron arcos hechos con troncos o tablones y eventualmente con piedras, usando un soporte simple y colocando vigas transversales. La mayoría de estos primeros puentes eran muy pobremente construidos y raramente soportaban cargas pesadas. Fue esta insuficiencia la que llevó al desarrollo de mejores puentes. El arco fue usado por primera vez por el Imperio Romano para puentes y acueductos, algunos de los cuales todavía se mantienen en pie.
También en la República Dominicana tuvo su inicio cuando en la ciudad de Santo Domingo, Rodrigo de Liendo dio inicio a la contribución de un puente que comunicaría la ciudad con la margen oriental del río Ozama, el cual serviría también de acueducto en el año 1535. El puente era de piedra, de acuerdo a informaciones dadas por Gonzalo Fernández de Oviedo en 1544, durante una pesquisa contra Fue en mayor parte, destruido por las aguas del Ozama antes de que finalizara o pudiera concluirse su construcción.
IX
superestructura, subestructura y la infraestructura.
La superestructura de un puente está formada por el tablero, losa de acceso, por las vigas longitudinales, vigas transversales o de arriostramiento, calzada, carpeta de rodamiento o de desgaste, vereda, guardarruedas, barandas o defensas, desagües, juntas, Apoyos. La Subestructura está conformada por estribos, pilas o pilares, protección de taludes, muros de vuelta, muros de ala. Y la infraestructura está formada por las fundaciones, los pilotes, cajones de fundación.
Es importante destacar que el objetivo general es diseñar un puente Viga-losa paralelo a otro existente en la comunidad de las lavas y que cumpla con todos los requisitos de diseño que demande esa zona.
El puente vehicular cuya solución estructural corresponde a un sistema isostático de 4 apoyos y 3 claros de 13.33m estará compuesto por 6 vigas T de hormigón armado con separación de 1.92m con una longitud de 40m, apoyada sobre 4 pilas en cada apoyo, que estarán sobre pilotes, la altura efectiva del puente será de 12m y un ancho de 10.20m. El puente constará con una vía y dos carriles de 4m del ancho; sobre las vigas descansa una losa de hormigón de 15cm y una carpeta asfáltica de 4pulgada
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hormigón armado.
Hasta hoy en día en la República Dominicana no existe una norma o reglamento interno que pueda ser usado para el diseño estructural de un puente. Se han adoptado como código y especificaciones de diseño las normas AASHTO. También, es utilizado el código ACI-318 y los manuales que emite al respecto la Secretaría de Estado de Obras Públicas y Comunicaciones (SEOPC).
Entre los estudios necesarios para el proceso del diseño se hicieron una serie de análisis para poder diseñar el puente, que van a incidir en su tipología, su longitud total, el número de vanos, cimentaciones y su colocación en el entorno del sitio, dichos estudios son: ancho del puente, sección longitudinal, estudios topográficos, estudios geológicos, estudios hidrológicos y estudios de transito como metodología a utilizar.
En el análisis y diseño estructural se hizo una idealización de la estructura para dimensionar los distintos elementos estructurales que van a soportar las cargas de servicio, logrando una transmisión satisfactoria de las cargas hacia el terreno de fundación.
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donde no existe una cultura de mantenimiento a las estructuras de carácter público y también en el sector privado, se debiera empezar a trabajar para que el mantenimiento Preventivo sea de obligación en toda obra civil, ya que pues, se disminuiría el gasto en reparaciones de carácter correctivo. El puente de las lavas ha sido fruto de ese tipo de negligencia, que por falta de mantenimiento preventivo esta estructura asido fruto de una demolición por no percatarse del problema que se venía manifestándose en la fundación el mismo. Antes de realizar algún trabajo de fundaciones es de suma importancia que el diseño del mismo este acorde con los datos arrojados por un buen estudio de suelo donde se pueda hincar las cargas
con un Q (Q=resistencia máxima que soporta el suelo) de diseño. Si el Q deseado no es posible conseguirlo superficialmente hay que acudir a la colocación de pilotes no importando a la profundidad que arrojen los datos del estudio geotécnico.
XIII
provincia de Santiago de los 30 caballeros. Se encuentra una depresión topográfica por el cual drena el río que lleva como nombre el mismo de la comunidad (Río de las lavas). Fruto a las grandes precipitaciones registradas en el año 2008, el puente que cruza este río fue fruto de lo que se conoce como socavación en la fundación del que se soportaba esta estructura manifestándose posteriormente un asentamiento, que imposibilitó que los transeúntes siguieran utilizando una de las vías de dicha carretera por temor de ser víctimas fatales en este tramo.
A razón de que el puente fue construido monolíticamente, esto sirvió de motivo para ejecutar la demolición total de todos los elementos que conformaban dicho puente. Técnicamente, se entiende que cuando una estructura monolítica sede en una de sus partes se considera que el elemento completo ha sido afectado por el asentamiento. Ya que por motivos estructurales establecidos en las normas del ACI y de la AASHTO se llegó a la determinación de la demolición total del puente.
Este tramo carretero es considerado de unos de los más transitados en la República Dominicana, donde por el mismo circulan una gran cantidad de vehículos llevando mercancías y aportes al turismo interno generando así
XIV
nación.
En todos tramos carreteros se pueden encontrar accidentes geográficos que limitan la continuidad de un tramo de la vía con respecto a otro. Dichos accidentes pueden ser corregidos a través de relleno, alcantarillas de cajón o en el caso que se demande de una estructura de mayor carácter o envergadura como lo es un puente.
Es de suma importancia el diseño de este puente ya que como se ha mencionado anteriormente las vías de comunicaciones son vitales para el desarrollo de los pueblos.
El diseño de esta estructura se considera de mucho valor para el libre acceso de los transeúntes que demandan de esta vía de comunicación diariamente.
Esta investigación posee como objetivo general diseñar el puente viga –losa sobre el río de las Lavas. Por motivo de restaurar el fácil acceso de los vehículos que demandan de este puente.
Los objetivos específicos son: restablecer el transporte para los usuarios de la vía, ofrecer mayor seguridad a los transeúntes, para que la
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diseño de la autopista, analizar las cargas más desfavorables ocasionadas por el peso de los vehículos que van a utilizar dicho puente, mantener la comunicación de esta importante vía, para que continúe el desarrollo socio-económico de la región.
Aquí se determinarán diversos objetivos concernientes a la búsqueda de un puente que sea capaz de cumplir con la demanda de la zona, analizando los distintos tópicos de interés para un buen diseño estructural que pueda este a su vez cumplir con la demanda de cargas y vida útil de la estructura.
Presentar un buen diseño de la losa del puente, de las vigas que reciben las cargas de la losa, el diseño de los pilares y posteriormente el diseño de la fundación que soportará los elementos ya antes mencionados.
Y para alcanzar estos objetivos se enfocará la investigación desde el estudio topográfico, estudio de suelo, estudio hidrológico y estudio de transito. Donde estos estudios se deben realizar en función a la ubicación del proyecto.
XVI
expuestas a la losa. Estas cargas pueden ser como son el peso propio del la carpeta de rodadura(Asfalto) , peso propio de la losa de hormigón armado, cargas vivas generadas por camiones estandarizados (HS20), las cargas que reciben las vigas , cargas transmitidas a los pilares , etc.
La investigación estará limitada al análisis bibliográfico y de campo para el diseño del puente en el río de las lavas. También cabe mencionar que se llevara a cabo en la investigación un recuento histórico de otros puentes cercanos o próximos a la región. Donde se formularán hipótesis para llegar a la solución del problema por el cual está pasando la estructura. Estos resultados se presentaran de forma descriptiva, explicativa cuales son los métodos, normas y análisis aplicados para el diseño del puente.
Esta investigación tuvo limitaciones a lo concerniente a informaciones que se debieron obtener por partes de las autoridades competentes relacionadas con el proyecto de las lavas. Por tal motivo las informaciones ofrecidas en este material fueron un poco limitadas con la realidad del proyecto, así que, las informaciones brindadas fueron informaciones generales.
XVII
siguiente manera:
El primer capítulo se enfocará a todo lo relacionado con las generalidades de los puentes. Desde su historia hasta las clasificaciones de cada tipo de puentes existentes, dependiendo del tipo de estructura, según su función, utilización y diversidad de materiales con fines constructivos.
El segundo capítulo tratará de los elementos, materiales y mantenimientos de los puentes brindando una serie de informaciones que servirán de conocimiento para poder tratar con más propiedad la utilización de cada uno de los elementos y los materiales que pueden ser utilizados para la conformación de los mismos y a su vez tener un cierto nivel de ilustración en cuanto a los mantenimientos de los puentes.
En el capítulo tres se desarrollarán los detalles y especificaciones de dicho proyecto donde se encontraría todo lo concerniente al objetivo, ubicación y descripción de la obra. Presentado en este todo lo que compete a las especificaciones de la AASHTO, cargas, fuerzas y estudios que servirán de antesala para el diseño.
XVIII
procederá a la parte concerniente al diseño del puente. Donde se harán los debidos análisis estructurales de cada uno de los elementos que conforman el puente y a su vez el diseño del mismo utilizando las normas de la AASTHO, ACI-318 y los manuales de la SEOPC.
Capítulo I
El propósito de éste capítulo es oriental al lector acerca de los aspectos fundamentales de puentes como son: su concepto, historia, clasificación, tipo de puente, sus funciones, etc.
1.1 Concepto de puente
Un puente es una construcción, por lo general artificial, que permite salvar un accidente geográfico o cualquier otro obstáculo físico como un río, un cañón, un valle, un camino, una vía férrea, un cuerpo de agua, o cualquier obstrucción. El diseño de cada puente varía dependiendo de su función y la naturaleza del terreno sobre el que el puente es construido.
Su proyecto y su cálculo pertenecen a la ingeniería estructural, siendo numerosos los tipos de diseños que se han aplicado a lo largo de la historia, influidos por los materiales disponibles, las técnicas desarrolladas y las consideraciones económicas, entre otros factores.
1.2 Origen y evolución de los puentes
Los puentes tienen su origen en la misma prehistoria. Posiblemente el primer puente de la historia fue un árbol que usó un hombre prehistórico para conectar las dos orillas de un río. También utilizaron losas de piedra para
arroyos pequeños cuando no había árboles cerca. Los siguientes puentes fueron arcos hechos con troncos o tablones y eventualmente con piedras, usando un soporte simple y colocando vigas transversales. La mayoría de estos primeros puentes eran muy pobremente construidos y raramente soportaban cargas pesadas. Fue esta insuficiencia la que llevó al desarrollo de mejores puentes. El arco fue usado por primera vez por el Imperio Romano para puentes y acueductos, algunos de los cuales todavía se mantienen en pie. Los puentes basados en arcos podían soportar condiciones que antes se habrían llevado por delante a cualquier puente.
Los puentes de cuerdas, un tipo sencillo de puentes suspendidos, fueron usados por la civilización Inca en los Andes de Sudamérica, justo antes de la colonización europea en el siglo XVI.
Un ejemplo de esto es el Puente de Alcántara, construido sobre el Río Tajo, cerca de Portugal. La mayoría de los puentes anteriores habrían sido barridos por la fuerte corriente. Los romanos también usaban cemento, que reducía la variación de la fuerza que tenía la piedra natural. Un tipo de cemento, llamado pozzolan, consistía de agua, lima, arena y roca volcánica. Los puentes de ladrillo y mortero fueron construidos después de la era
romana, ya que la tecnología del cemento se perdió y más tarde fue redescubierta.
1.2.1 Historia de los puentes dominicanos
"Todavía a finales del siglo XIX la comunicación terrestre entre los pueblos de la República Dominicana era muy precaria y debido a que era más fácil habilitar puertos que construir caminos y puentes, se fueron fundando ciudades en la extensa línea costera, donde además se contaba con tierras fértiles. Los caminos utilizados eran prácticamente los mismos que durante La Colonia y la ausencia de puentes hacía muy largo y tedioso los viajes, ya que había que ir traspasando los ríos o cruzándolos en barcas” (Montas, 1999, p.38).
"En la ciudad de Santo Domingo, Rodrigo de Liendo dio inicio a la contribución de un puente que comunicaría la ciudad con la margen oriental del río Ozama, el cual serviría también de acueducto en el año 1535. "(Montas, 1999, p.24). El puente era de piedra, de acuerdo a informaciones dadas por Gonzalo Fernández de Oviedo en 1544, durante una pesquisa contra Fue en mayor parte, destruido por las aguas del Ozama antes de que finalizara su construcción. El ciclón de San Zenón del 3 de septiembre del
año 1930, destruyó nuevamente el puente Ozama, que fue reconstruido posteriormente por segunda vez. Otros de los puentes más antiguos fue el del río Yaque del Norte en la ciudad de Santiago; el cual fue construido en el año 1918, cuando la ocupación norteamericana. "El primer puente metálico construido en el país fue el puente Ozama, el cual unía la ciudad de Santo Domingo con el barrio de pajarito y construido para el año 1878 bajo la bendición de monseñor Roque Cocchia" (Abad, 1988, p.69). Muchos otros puentes metálicos se encuentran entre cañaverales, ya que forman parte de la red ferroviaria utilizada por las industrias azucareras, en todas las regiones del país.
1.3 Tipos de puentes
Los puentes se clasifican de diversas formas de acuerdo a su utilización y construcción como se mencionará mas adelante.
1.3.1 Elección de puentes
Para elegir el tipo de puente más adecuado, es necesario disponer
previamente de los datos del proyecto de puente, para luego seguir con las etapas o procesos, que se especifican a continuación: Fijar en forma aproximada la infraestructura, la luz de cada uno de los tramos y el tipo de
superestructura, fijando además los posibles sistemas de fundación así como sus profundidades aconsejables en función de la capacidad portante del terreno incluidas las profundidades estimadas de socavación. Una vez (fijada esta cota y la de la rasante, se obtendrá la altura de las pilas, las cuales ya dan una primera idea de la longitud de los tramos, porque según lo muestran los proyectos más satisfactorios se establece que esta luz generalmente está comprendida entre 25 y 4.5 veces la altura de la pila medida desde la cota de fundación hasta la parte superior de su coronamiento. Tratándose de pilotaje, este punto más bajo corresponde a la sección de empotramiento de los pilotes en el terreno incluida la máxima profundidad de socavación y la consistencia del terreno.
1.4 Clasificacion de puentes
Los puentes se clasifican de acuerdo a su funcionalidad y utilización de materiales de construcción.
1.4.1 Dependiendo del tipo de estructura
1.4.1.1 Puente losa
Los puentes de losa son las estructuras más sencillas. Por su simplicidad, resultan convenientes para salvar luces pequeñas (menores de 10 metros) y además, siendo cada tramo independiente no se ven afectados por los asentamientos del terreno. Estos puentes están construidos por una losa plana de concreto armado, maciza o aligerado con bloques de arcilla, que salva la luz entre los apoyos.
1.4.1.2 Puente viga
Las vigas se utilizan como largueros longitudinales, colocados a intervalos regulares, paralelos a la dirección del tráfico, entre los estribos y pilas. El tablero, colocado sobre la aleta superior, casi siempre provee soporte lateral contra el pandeo. Los diafragmas entre las vigas ofrecen arriostramiento adicional y también distribuyen lateralmente las fuerzas a las vigas antes de que el hormigón haya curado.
1.4.1.3 Puentes de arcos
Es un puente con apoyos a los extremos del vano, entre los cuales se halla una estructura con forma de arco por donde se transmiten las cargas. El tablero puede estar apoyado o colgado de esta estructura principal, dando origen a distintos tipos de puentes.
1.4.1.4 Puentes de armaduras
Son los conformados por una serie de elementos entrelazados por coyunturas denominadas nodos. Estos pueden ser de acero o madera.
La armadura es una viga compuesta par elementos relativamente cortos y esbeltos conectados por sus extremos. La carga fija del peso del pavimento y la carga móvil que atraviesa el puente se transmiten por medio de las viguetas transversales del tablero directamente a las conexiones de los elementos de la armadura. En las diversas configuraciones triangulares creadas por el ingeniero diseñador, cada elemento queda o en tensión o en compresión, según el patrón de cargas, pero nunca están sometidos a cargos que tiendan a flexionarlos.
1.4.1.5 Puentes sustentados por cables
Son los puentes que utilizan cables de acero de alta resistencia para soportar las cargas que actúan sobre él. Estos se clasifican en varios tipos:
1.4.1.5.1 Puentes colgantes
Un puente colgante es un puente sostenido por un arco invertido
formado por numerosos cables de acero, del que se suspende el tablero del puente mediante tirantes verticales que están anclados en los extremos del
puente y sujetos por grandes torres de hormigón o acero. A diferencia de los puentes vigas, estas estructuras son capaces de soportar grandes luces.
1.4.1.5.2 Puentes atirantados
Los elementos fundamentales de la estructura resistente del puente atirantado son los tirantes, que son cables rectos que atirantan el tablero, proporcionándoles una serie de apoyos intermedios más o menos rígidos. Pero no sólo ellos forman la estructura resistente básica del puente atirantado; son necesarias las torres para elevar el anclaje fijo de los tirantes, de forma que introduzcan fuerzas verticales en el tablero.
Los puentes atirantados, sobre todo si tienen varias torres, pueden ser muy parecidos a los colgantes, pero no lo son. En la construcción de un puente colgante se disponen muchos cables de pequeño diámetro entre los pilares y los extremos donde se anclan al suelo o un contrapeso, estos cables, son la estructura primaria de carga del puente. Después se suspenden otros cables del cable principal, y más tarde se coloca esta, sosteniéndola de dichos cables.
1.4.1.5.3 Puentes voladizos (cantilevers)
Grafico 1.2 puente en voladizo
Fuente: http//es.wilkipedia.org/image/puentesvoladizos
La expresión puente por volados (voladizos) sucesivos hace referencia a un procedimiento de construcción utilizado con frecuencia en grandes puentes. El método consiste en construir la superestructura a partir de las pilas o pilones, agregando tramos parciales que se sostienen del tramo anterior. Esta maniobra se realiza de manera más o menos simétrica a partir de cada pilón, de manera que se mantenga equilibrado y no esté sometido a grandes momentos capaces de provocar su vuelco.
Puede utilizarse en puentes construidos con cualquier material, aunque lo común es que se reserve para puentes viga de sección hueca construidos en hormigón postensado, en los cuales las secciones parciales se construyen
en sitio mediante la técnica de encofrado deslizante o se construyen como dovelas prefabricadas que se llevan a su sitio mediante grúas de gran porte.
1.4.1.5.4 Puentes flotantes
Se apoyan sobre flotadores que pueden tener diversos tamaños.
Consisten fundamentalmente en un tablero apoyado sobre una serie de elementos flotantes que sirven para mantenerlo en una situación más o menos fija. Estos elementos flotantes son muy variados tales como barcas, pontones cerrados, etc.
Los primeros puentes flotantes fueron de odres o barcas y datan del Siglo V antes de Cristo. Ya desde esta fecha a nuestros días se vienen utilizando este tipo de puentes flotantes en ríos profundos o donde resulta difícil cimentar.
1.4.1.5.5 Puentes moviles
Los puentes móviles son aquellos en que el tablero o parte de él es
móvil con tal de permitir el paso alternativo a dos tipos de tráfico muy diferente, generalmente el terrestre y el marítimo. De este modo cuando están cerrados permiten el paso de los vehículos o ferrocarriles y cuando están abiertos permiten el paso de los barcos. Estos son:
1.4.1.5.5.1 Basculantes
Grafico 1.3 puente Basculante
Fuente: http// www.construaprende.com
Los Puentes Basculantes, giran alrededor de un eje horizontal situado en una línea de apoyos de manera que podemos incluir en ellos los levadizos y los basculantes. Son los puentes más clásicos y de mayor uso en la actualidad.
1.4.1.5.5.2 Giratorios y horizontales
Grafico 1.4 puentes giratorios y horizontales Fuente: http// www.construaprende.com
Los puentes giratorios de eje vertical tienen dos posibilidades de apertura que son el giro de dos vanos simétricos respecto a una pila situada en el centro del canal de navegación o bien girar dos semivanos con sus compensaciones sobre dos pilas situadas en los bordes del canal.
Puentes de desplazamiento horizontal: La mayoría son flotantes. El puente se desplaza longitudinalmente sobre rodillos avanzando o retrocediendo en voladizo libre hasta llegar al apoyo de la otra orilla.
1.4.1.5.5.3 De elevación vertical
Grafico 1.5 puente de elevación vertical Fuente: http// www.construaprende.com
Puentes de desplazamiento vertical: Son tableros simplemente apoyados cuyos apoyos se pueden mover verticalmente cuyos apoyos se
pueden mover verticalmente para elevarlos a la cota que requiere el gálibo del canal de navegación. Normalmente se elevan tirando de sus cuatro esquinas. Este sistema es apto para luces grandes.
1.5 Según su función y utilización
A los puentes los podemos clasificar según su función y utilización en:
1.5.1 Puentes peatonales
Son los que están destinados al paso de las personas, en lugares en los
que resulta inseguro el tránsito peatonal. Estos puentes son primordiales en lugares donde existen escuelas, hospitales, centros de comercio, entre otros.
Los puentes peatonales pueden ser:
1.- De acuerdo al material construido: de acero, de concreto y mixtos
2.- De acuerdo a su estructura: En arco, atirantado, sobre vigas.
1.5.2 Puentes carreteros
Son aquellos que se utilizan para el tránsito de una carretera ordinaria sobre un curso de agua o el paso sobre otra vía.
1.5.3 Puentes ferroviarios
Puentes que salvan desniveles amplios y profundos, para una vía férrea que permite el paso del ferrocarril.
1.6 Diversidad de puentes según los materiales
Según sus materiales de construcción, los puentes podrán ser de:
1.6.1 De madera
Los puentes de madera se han utilizado eficientemente, con luces de hasta 20 m, en caminos de poca circulación, con vehículos livianos. La gran ventaja de este tipo de puentes es la reducción de costos al utilizar materiales y mano de obra de la misma zona. La mayor parte de puentes de madera construidos en el país son pequeñas estructura rústicas en caminos de segundo, tercer orden y vecinales.
1.6.2 De mamposteria
Grafico 1.6 puente de mamposteria
Los puentes de mampostería en piedra, ladrillo y hormigón en masa; son siempre puentes en arco, pues estos materiales solo resisten esfuerzos de compresión; su vida útil es ilimitada, pues todavía se usan puentes romanos, sin prácticamente gastos de conservación.
1.6.3 De acero
Grafico 1.7 puente de acero
Fuente: http// http//es.wilkipedia.org/image/puentes peatonales
Cabe mencionar que a finales del siglo XIX se empezó a utilizar el acero para la construcción de puentes. Conseguir que los materiales sean dúctiles y no frágiles, es uno de los logros importante de su tecnología. Los puentes metálicos tienen dos tipos de limitantes: su costo por utilizar materiales importados, y la necesidad de un mantenimiento considerable.
1.6.4 De hormigón armado
Grafico 1.8 puente de hormigón armado
Fuente: http// http//es.wilkipedia.org/image/puentesdehormigon
La principal característica estructural del hormigón es que resiste muy bien los esfuerzos de compresión, pero no tiene buen comportamiento frente a otros tipos de esfuerzos (tracción, flexión, cortante, etc.), por este motivo es habitual usarlo asociado al acero, recibiendo el nombre de hormigón armado, comportándose en conjunto muy favorablemente ante las diversas solicitaciones.
1.6.4.1 Pretensado
Grafico 1.9 Viga pretensado
Son los elementos estructurales de hormigón sometidos intencionadamente a esfuerzos de compresión previos a su puesta en servicio. Esta tensión se aplica mediante cables de acero que son tensados y anclados al hormigón.
1.6.4.2 Postensado
Grafico 1.9 Viga postensada
Fuente: http// http//es.wilkipedia.org/image/hormigonpostensado
Es aquel hormigón al que se somete, después del vertido y fraguado, a esfuerzos de compresión por medio de armaduras activas (cables de acero) montadas dentro de vainas. A diferencia del hormigón pretensazo, en el que las armaduras se tensan antes del hormigonado, en el postensado las armaduras se tensan una vez que el hormigón ha adquirido su resistencia característica.
1.6.4.3 Compuesto
Grafico 1.10 Puente compuesto
Fuente: http// http//es.wilkipedia.org/image/puentescompuesto
Es el material que combinado con otro forman un solo elemento, como en el caso de un puente losa de hormigón armado, apoyado sobre vigas de acero u otro material diferente o igual al hormigón.
1.7 Superestructura
Grafico 1.11 Superestructura de un puente Fuente: http// http//es.wilkipedia.org/image/puentes
Proyección de una estructura por encima de su cimentación. Se le llama así a cualquier equipo o construcción útil para prestar algún servicio o realizar determinada actividad (carreteras, planta de tratamiento de aguas residuales, drenajes, energía eléctrica, aeropuertos, cines, tiendas, etcétera).
1.8 Subetructura e infraestructura de los puentes
Grafico 1.12 Subestructura Fuente: autores
Estructura que se encuentra oculta en el terreno, que constituye la
cimentación de una construcción. También llamada infraestructura. Conjunto de obras de tierra y de fábrica necesarias para construir la plataforma sobre la que se apoya la superestructura de vía. Entre las obras de tierra se encuentran los terraplenes, las trincheras y los túneles y, entre las obras de fábrica, los
puentes, viaductos, drenajes y pasos a nivel. Cabe mencionar que aunque existe una relación entre la subestructura e infraestructura, pero subestructura se usa para determinar las pilas, muros y pilares del puente.
Capítulo II
Elemen
tos, Materiales y Mantenimiento de los Puentes
Este capítulo enfocará los materiales y elementos estructurales que componen un puente, tales como: hormigón armado, , acero, acero de refuerzo, acero estructural, etc. Además los principales elementos que componen un puente como son: la superestructura, la subestructura y la infraestructura y una pequeña pincelada a lo que debiera ser el mantenimiento de los puentes.
2.1 Hormigón armado
Es una combinación del hormigón y el hierro, que permite construir vigas de luces considerables y afinar las dimensiones de los arcos, lo que no es posible con el hormigón en masa ni con la piedra. El hormigón armado se puede considerar un nuevo material.
En la mayoría de los trabajos de construcción, el hormigón se refuerza con armaduras metálicas, sobre todo de acero; este hormigón reforzado se conoce como hormigón armado. El acero proporciona la resistencia necesaria cuando la estructura tiene que soportar fuerzas longitudinales elevadas. El acero que se introduce en el hormigón suele ser una malla de alambre o barras sin desbastar o trenzadas.
2.1.1 Cemento
Es un aglutinante o aglomerante hidráulico que, mezclado con agregados pétreos (grava o arena) y agua, crea una mezcla uniforme, manejable y plástica capaz de fraguar y endurecer al reaccionar con el agua y adquiriendo por ello consistencia pétrea. Su uso está muy generalizado, siendo su principal función la de aglutinante.
2.1.1.1 Cemento portland
Según laASTM C-150. el cemento Portland es el tipo de cemento más
utilizado como ligante para la preparación del hormigón. El nombre del cemento Pórtland le fue dado por la similitud que este tenía con la piedra de la isla de Pórtland.
Cuando el cemento Pórtland es mezclado con el agua, el producto se solidifica en algunas horas y endurece progresivamente durante un período de varias semanas. El endurecimiento es producido por la reacción del agua con sus componentes, formando una estructura cristalina. La calidad del cemento Pórtland deberá estar de acuerdo con la norma.
2.1.2 Agua
El agua se requiere en la producción del concreto a fin de precipitar la reacción química con el cemento, para humedecer el agregado y lubricar la mezcla para una fácil manejabilidad. Es de carácter obligatorio que la calidad del agua de mezclado sea igual a la potable, ya que, el agua que contiene ingredientes nocivos, contaminación, sedimentos, aceites, azúcar o químicos es dañino para la resistencia y propiedades de fraguado del cemento. También, utilizar agua no adecuada puede romper la afinidad entre el agregado y la pasta de cemento y puede afectar de forma adversa la manejabilidad de una mezcla.
2.1.3 Agregado
Son aquellos materiales inertes, naturales o artificiales, que aglomerados con el cemento Portland en presencia de agua conforman un todo compacto (piedra artificial) conocido como concreto u hormigón.
Existen dos formas de clasificar los agregados: agregado grueso y agregado fino. Los agregados finos y gruesos ocupan comúnmente de 60% a 75% del volumen del concreto (70% a 85% en peso), e influyen
notablemente en las propiedades del concreto recién mezclado y endurecido, en las proporciones de la mezcla, y en la economía.
2.1.3.1 Agregados finos
Los agregados finos comúnmente consisten en arena natural o piedra
triturada sus partículas menores que 4.76 mm y mayores de 0.074 mm. Al igual que el agregado grueso, el agregado fino deberá estar siempre libre de impurezas orgánicas, arcilla o cualquier material dañino o relleno excesivo de material con tamaños menores de 0.074 mm.
2.1.3.2 Agregado grueso
Los agregados gruesos consisten en una grava o una combinación de grava o agregado triturado cuyas partículas sean predominantemente mayores que 4.76 mm y generalmente entre 9.50 mm y 38.00 mm. Las propiedades del agregado grueso afectan la resistencia final del concreto endurecido y su resistencia a la disgregación, intemperización y otros efectos destructivos. El agregado grueso mineral deberá estar limpio de impurezas orgánicas y deberá adherirse bien con la pasta de cemento.
2.1.4 Aditivos
Los aditivos son productos que, introducidos en pequeña porción en el
hormigón, modifican algunas de sus propiedades originales, se presentan en forma de polvo, líquido o pasta y la dosis varía según el producto y el efecto deseado entre un 0.1 % y 5 % del peso del cemento. El empleo de los aditivos permite controlar algunas propiedades del hormigón, tales como:
Trabajabilidad, tiempo de fraguado, resistencia, impermeabilidad,
durabilidad, entre otros .Los aditivos más usados en las construcciones son: Plastificantes, aceleradores de fraguado y/o endurecimiento, incorporadores de aire, estabilizantes, retardadores de fraguado, entre otros.
2.2 Resistencia del hormigon
Por resistencia mecánica se entiende la capacidad de un material de
resistir tensiones ya sean de compresión, tracción, flexión o combinaciones de ellas. Sin duda que estas capacidades del material, definen su aptitud para ser utilizado en distintas aplicaciones estructurales. Otras características del hormigón como su impermeabilidad y densidad, tienen relación directa con la resistencia mecánica. En general, y en el hormigón en particular, medir la
capacidad o resistencia a la compresión es relativamente sencillo comparado con las mediciones de tracción o flexión.
“El hormigón es un material semejante a la piedra que sólo se obtiene mediante una mezcla cuidadosamente proporcionada de cemento, arena y grava u otro agregado y agua; después esta mezcla se endurece en formaletas con la forma y dimensiones deseadas” (Nilson, 2000, p. 1).
2.2.1 Resistencia a la compresion
La resistencia a la compresión se puede definir como la máxima
resistencia medida de un espécimen de concreto o de mortero a carga axial.
Generalmente se expresa en kilogramos por centímetro cuadrado (kg/cm2) a
una edad de 28 días y se le designa con el símbolo f’ c. Estos ensayos a compresión se efectúan sobre cilindros que miden 15 cm. de diámetro y 30 cm. de altura.
La resistencia a la rotura de los cilindros de hormigón, sometidos a carga lenta, llega a ser aproximadamente el 85% de la resistencia del mismo tipo de cilindros sometidos a carga estándar rápida ASTM, lo que es común para todas las resistencias de hormigones. Por su parte, cuando se realizan
ensayos de carga ultra rápida, la resistencia del hormigón sobrepasa a la obtenida a los ensayos ASTM.
Tabla 2.1(Esfuerzo-Deformacion)
2.2.2 Resistencia a la abrasión
La abrasión es el Proceso de desgaste y destrucción de la parte o del todo de un cuerpo u objeto debido a su fricción. Es la Propiedad que permite a un material resistir y mantener su apariencia original al ser frotado con otro objeto; cualidad muy importante en materiales de pavimentación y revestimiento.
2.3 Acero
Los aceros son aleaciones de hierro-carbono forjables, con porcentajes de carbono variables entre 0.008 y 2.14%, con una densidad promedio de 7,850 kg/m3.
Los aceros incorporan una serie de elementos químicos, algunos son perjudiciales (impurezas) y provienen de la chatarra, el mineral o el combustible empleado en el proceso de fabricación; es el caso del azufre y el fósforo. Otros se añaden intencionalmente para la mejora de alguna de las características del acero (aleantes); pueden utilizarse para incrementar la resistencia, la ductilidad, la dureza, entre otros, o para facilitar algún proceso de fabricación como puede ser el mecanizado. Elementos habituales para estos fines son el níquel, el cromo, el molibdeno y otros.
El acero es un material de construcción competitivo para claros de tamaños entre 40 y 60 metros, y favorable para puentes de claros de longitudes mayores, por las siguientes razones: tiene una alta resistencia a la tensión y a la compresión. Se comporta como un material elástico casi perfecto dentro de los niveles normales de trabajo. Tiene reservas de resistencia más allá del límite de fluencia.
Las normas estrictas de fabricación de la industria garantizan a los consumidores uniformidad del control de sus propiedades, dentro de estrechas tolerancias. Los sistemas de conexión son seguros y hay gran disponibilidad de trabajadores capacitados en su aplicación. Para su uso en construcción, el acero se distribuye en perfiles, siendo éstos de diferentes características según su forma y dimensiones y debiéndose usar específicamente para una función concreta, ya sean vigas o pilares.
2.3.1 Acero de refuerzo
El uso del acero de refuerzo ordinario es común en elementos de concreto presforzado. Este acero es muy útil para: Aumentar ductilidad, aumentar resistencia, resistir esfuerzos de tensión y compresión, resistir cortante, resistir torsión, restringir agrietamiento, reducir deformaciones a largo plazo, confinar el concreto, entre otros.
El acero de refuerzo suplementario convencional (varillas de acero) se usa comúnmente en la región de altos esfuerzos locales de compresión en los anclajes de vigas postensadas. Tanto para miembros postensados como pretensados es usual proveerlos de varillas de acero longitudinal para controlar las grietas de contracción y temperatura. Finalmente, a menudo es
conveniente incrementar la resistencia a la flexión de vigas presforzadas empleando varillas de refuerzo longitudinales suplementarias. Las varillas se pueden conseguir en diámetros nominales que van desde 3/8” hasta 1 3/8”, con incrementos de 1/8” y también en dos tamaños más grandes de 1 ¾” y 2 ¼” de diámetro.
2.3.2 Acero corrugado
Grafico 1.10 acero corrugado
Fuente: http// www.google./image/hormigom
El acero corrugado es una clase de acero laminado usado especialmente en construcción, para armar hormigón armado, y cimentaciones de obra civil y pública, se trata de barras de acero que presentan resaltos o corrugas que mejoran la adherencia con el hormigón está dotado de una gran ductilidad, la cual permite que a la hora de cortar y
doblar no sufra daños, y tiene una gran soldabilidad, todo ello para que estas operaciones resulten más seguras y con un menor gasto energético.
Las barras de acero corrugados se producen en una gama de diámetros que van de 6 a 40mm, en la que se cita la sección en cm2 que cada barra tiene así como su peso en kg. Las barras inferiores o iguales a 16mm de diámetro se pueden suministrar en barras o rollos, para diámetros superiores a 16 siempre se suministran en forma de barras.
Las barras de producto corrugado tienen unas características técnicas que deben cumplir, para asegurar el cálculo correspondiente de las estructuras de hormigón armado. Entre las características técnicas destacan las siguientes, todas ellas se determinan mediante el ensayo de tracción:
• Limite elástico Re (Mpa)
• Carga unitaria de rotura o resistencia a la tracción Rm (MPa)
• Alargamiento de rotura A5 (%)
• Alargamiento bajo carga máxima Agt (%)
2.3.3 Acero estructural
Grafico 1.10 acero estructural Fuente: http//www.google/image/acero
Se conoce como acero estructural al resultado de la aleación de hierro, carbono y pequeñas cantidades de otros elementos como silicio, fósforo, azufre y oxígeno, que le tributan características específicas. El acero laminado en caliente, fabricado con fines estructurales, se denomina como acero estructural al carbono, con límite de fluencia de doscientos cincuenta (250) mega pázcales (2•549 Kg. /cm2).
En muchos elementos prefabricados es común el uso de placas, ángulos y perfiles estructurales de acero. Éstos son empleados en conexiones, apoyos y como protección. El esfuerzo nominal de fluencia de este acero es de 2530 Kg./cm2. Por su fácil colocación, las retículas de
alambre o mallas electro soldadas se emplean comúnmente en aletas de trabes cajón, doble te y similares. El esfuerzo nominal de fluencia es de 5000 kg/cm2.
2.4 Elementos estructurales de los puentes
Los elementos estructurales de los puentes son las partes, que se diseñan para resistir las cargas a las que se supone que dicho puente estará expuesto, como son:
2.4.1 Elementos de la superestructura de los puentes
Losa de Tablero: Estructura que soporta en forma directa las cargas de tránsito y la carpeta de rodamiento, transmitiéndolas a las vigas de tablero (en los puentes viga) o directamente a los pilares y estribos (en los puentes losa y alcantarillas).
Losa de Acceso: Vincula la losa de calzada (rígida) con el suelo (flexible).
Vigas Longitudinales o Principales: Son los elementos de mayor relevancia portante en la superestructura de los puentes viga no existen en
los puentes y alcantarillas tipo losa). Transmiten las cargas del tablero a los apoyos.
Vigas Transversales o de Arrostramiento: Unen transversalmente a las vigas principales, distribuyendo las cargas y dándole rigidez al conjunto.
Calzada: Zona de tránsito vehicular.
Vereda: Posibilita el tránsito peatonal. Carpeta de Rodamiento o de Desgaste: Se agrega a la losa de calzada para protegerla del desgaste producido por el tránsito y para protegerla de infiltración de agua y otros líquidos.
Guardarruedas: Cordón que delimita los extremos de la calzada y protege y guía al tránsito vehicular. A diferencia de las veredas, su ancho no permite el tránsito peatonal.
Desagües: Aseguran el escurrimiento de las aguas pluviales. Barandas o Defensas: Protegen el tránsito peatonal y/o vehicular de desvíos y caídas.
Juntas: Permiten la dilatación de la estructura. Apoyos: Transmiten las cargas de la superestructura a la infraestructura y permiten los movimientos de la superestructura.
2.4.2 Elementos de la subestructura
Estribo: Estructura ubicada en cada extremo de un puente. Sostiene parte de la superestructura. Puede ser cerrado (actúa además como contención frontal del terraplén) o abierto (deja caer el terraplén con su talud natural; requiere protección de taludes).
Pilas o Pilares: Elementos estructurales ubicados entre los estribos, que junto con estos sostienen la superestructura. Protección de Taludes: De naturaleza variable, evitan la socavación de la tierra.
Muros de Vuelta: Vinculados al estribo y paralelos al eje del
camino, y sostienen lateralmente la tierra.
Muros de Ala: Vinculados al estribo e inclinados respecto al eje
del camino, y sostienen parte de la tierra.
2.4.2.1 Elementos de la infraestructura
Fundaciones: Ubicadas bajo pilas y estribos, reciben las fuerzas
Los Pilotes: son utilizados para transferir las cargas de la subestructura al resto de la infraestructura a través de un suelo débil, agua o aire hasta los estratos más profundos que tengan capacidad suficiente para soportar la estructura completa y todas las cargas que esperan irán aplicada sobre la misma.
Cajones de fundación: Es una estructura que se utiliza como
protección y ayuda a realizar excavaciones de cimientos, pero que ha de
quedar formando parte permanente de la estructura.
2.4.3.1 Cimentaciones
Las cimentaciones tienen por objeto transmitir a los estratos portantes del subsuelo las reacciones del puente y repartir en ellos dichas cargas con los menores asentamientos posibles. Las cimentaciones pueden ser sobre suelo seco o sobre suelo por debajo del nivel freático, caso último muy frecuente en los puentes.
“La cimentación debe ser segura contra una falla por corte general del suelo que la soporta.” (DAS, B. 2006 Pág. 123)
La cimentación bajo agua es una de las partes más delicadas en la construcción de un puente, por la dificultad en encontrar un terreno que resista las presiones, siendo normal el empleo de pilotes de cimentación.
Las cimentaciones pueden ser clasificadas en dos grandes grupos: Cimentaciones superficiales y cimentaciones profundas.
Cimentaciones superficiales, Son aquellas que se encuentran a
profundidades relativamente bajas, estas se utilizan cuando el suelo de fundación tiene una buena capacidad de carga, la cual le permite soportar el peso que la cimentación le transmite de la superestructura, por tal razón no se hace necesario cimentar hasta estratos más profundos. Esta no necesita de grandes maquinarias para su construcción, sino que puede realizarse manualmente. Entre las cimentaciones superficiales más usadas en puentes están:
Zapatas, Son ampliaciones de las bases de columnas, pilas o muros, que tiene por objeto transmitir las cargas al sub-suelo a una presión adecuada y procurando que dichas cargas no sobrepasen al esfuerzo admisible del terreno de cimentación. Estas tienen forma aplanada y cubren un área bastante grande en comparación con la sección transversal de los estribos o
pilas. Su área dependerá de las condiciones del suelo de cimentación y de las cargas que el cuerpo le transmita.
2.4.3.1.1 Pilotes (cimentaciones profundas)
Los pilotes son elementos directos de fundación, colocados en el terreno, verticalmente o ligeramente inclinados, a fin de incrementar su capacidad de carga o con objeto de transmitir las cargas de la fundación a un estrato más profundo, de mayor resistencia.
La capacidad de una cimentación de pilotaje para soportar cargas sin falla o asentamiento excesivo, depende de varios factores: la losa sobre los pilotes, el fuste del pilote, la transmisión de la carga soporta el pilote al suelo, y el suelo y los estratos subyacentes de roca que finalmente soportan la carga.
2.4.3.1.1.1 Funciones de los pilotes
Los pilotes de carga que soportan las cimentaciones son los más comunes. Estos pilotes transmiten la carga de la estructura a través de estratos blandos a suelos más fuertes e incompresibles o a la roca que se encuentre debajo, o distribuyen la carga a través de los estratos blandos que
no son capaces de resistir la concentración de la carga de un cimiento poco profundo.
La operación de introducir el pilote en el terreno se llama hinca del pilote. Como muchas otras operaciones que se realizan en las construcciones, la hinca de pilotes es un arte, cuyo éxito depende de la habilidad e ingeniosidad de los que la realizan.
2.4.3.1.1.2 Tipos de pilotes
Pilotes de tensión: Su capacidad para resistir fuerzas al arranque les permite evitar el desplazamiento hacia arriba de estructuras sometidas a fuerzas de levantamiento (presión hidrostática), o al trabajar conjuntamente con pilotes a compresión, configurar mecanismos resistentes a momentos de volcamiento sobre la fundación, como los producidos por cargas actuantes en la parte superior de estructuras de gran altura.
Pilotes de anclaje: Configuran mecanismos de anclaje resistentes a empujes horizontales de tablestacados u otras estructuras. usualmente se combinan pilotes a tensión con pilotes a compresión.
Pilotes de defensa: Son parte integrante de estructuras que se deforman elásticamente bajo cargas dinámicas, que les confiere gran
capacidad de amortiguación de energía y les permite proteger estructuras frente al agua (muelles),del impacto de embarcaciones y otros elementos flotantes masivos. Frecuentemente se usa la madera.
Pilotes inclinados: Al instalar un pilote con su eje longitudinal
inclinado en un cierto ángulo respecto a la vertical, la componente horizontal de la capacidad axial de carga del pilote se puede aprovechar para resistir fuerzas horizontales (el vector de fuerza resistente axial tiene componentes horizontal y vertical).
Pilotes Prefabricados, Los pilotes prefabricados pertenecen a la categoría de cimentaciones profundas, también se los conoce por el nombre de pilotes pre moldeados; pueden estar construidos con hormigón armado ordinario o con hormigón pretensado.
Pilotes de punta: Transmiten cargas a través de agua o suelos blandos hasta estratos con suficiente capacidad portante, por medio del soporte en la punta del pilote.
Pilote de Fricción, flotante: Transmite cargas a un cierto espesor de suelo relativamente blando mediante fricción desarrollada sobre la superficie lateral del pilote, a lo largo de la longitud del mismo. Es aplicable cuando,
dentro de profundidades alcanzables, no se encuentran estratos que provean soportes significativos en la punta.
Pilote de fricción, compactación: Compacta suelos granulares relativamente sueltos incrementando su compacidad y, en consecuencia, su capacidad de carga por fricción (también, una parte significativa por punta).
2.4.4 Muros de contención
Los Muros de Contención son elementos constructivos que cumplen la función de cerramiento, soportando por lo general los esfuerzos horizontales producidos por el empuje de tierras. En otros tipos de construcción, se utilizan para contener agua u otros líquidos en el caso de depósitos.
Un muro de contención no solo soporta los empujes horizontales trasmitidos por el terreno, debe también recibir los esfuerzos verticales trasmitidos a pilares, paredes de carga y forjados que apoyan sobre ellos. La mayoría de los muros de contención se construyen de hormigón armado, cumpliendo la función de soportar el empuje de tierras, generalmente en desmontes o terraplenes, evitando el desmoronamiento y sosteniendo el talud.
2.4.4.1 Tipos de muros
Con Talón y Puntera: para construir este muro es necesario sobrepasar
la línea de edificación, a nivel de los cimientos. Muros sin Talón: por lo general al construirlo resulta con un aumento de dimensión en la puntera de la zapata.
Muros con Talón: además del primer caso, necesitan sobrepasar la línea de edificación. El resultado es similar al muro sin talón, pero trabaja de otra manera; esta es la mejor solución ante inestabilidades por posible vuelco.
Según su Función, Contención de tierras: cuando el muro se destina a contener sólidos, éstos por lo general son tierras; la impermeabilización y el drenaje son dos aspectos importantes para controlar el paso de agua del terreno hacia el interior de la edificación. Contención de líquidos: para esta función es necesario conseguir la continuidad del hormigón a fin de lograr una buena impermeabilización. Para ello se efectúa un vibrado con un control adecuado, para evitar huecos y juntas.
De acuerdo a su Forma de Trabajo Muros de contención por gravedad: soportan los empujes con su peso propio. Los muros construidos con
hormigón en masa u hormigón ciclópeo, por ser más pesados, se utilizan habitualmente como muro de gravedad ya que contrarrestan los empujes con su propia masa. Las acciones, se aplican sobre su centro de gravedad.
Muro de Gavión (por gravedad) Muro de gavión Fuente: Muros de contención ligeros (a flexión): cuando el muro trabaja a flexión podemos construirlo de dimensiones más livianas. Dado que aparecen esfuerzos de flexión, la construcción se efectúa con hormigón armado, y la estabilidad está en relación a la gran resistencia del material empleado. El diseño del muro debe impedir que flexione, ni produzca desplazamientos horizontales o vuelque, pues debido a los empujes.
2.5 Causas que generan problemas en los puentes
Son muchos los problemas que se presentan durante la vida útil de un puente, a continuación se tratara de sintetizar esos problemas y las soluciones que se presentan con más frecuencia:
Los puentes pueden deteriorarse por el escurrimiento natural de una corriente, por los vehículos que los utilizan o por otras causas naturales, tales como sismos, aluviones, corrosión, pudrición, etc.
Los escurrimientos naturales habituales y, con mayor razón, las grandes crecidas y aluviones, son los que más comúnmente producen daños a puentes y estructuras. Como gran parte del país se caracteriza por la existencia de ríos con escurrimientos del tipo torrente, es habitual que ocurran socavaciones en torno a las fundaciones, erosiones de los taludes de los terraplenes de acceso y otras fallas similares. La socavación de las fundaciones muchas veces se traduce en asentamientos que generan grietas y fisuras en la estructura.
Los daños más comunes provocados por el tránsito de vehículos son los impactos a las barandas y para-petos en puentes, y los que producen en vigas y losas las cargas de altura superior a la permitida, en el caso de los pasos superiores. La circulación de vehículos propiamente tal, deteriora el pavimento de la estructura provocando degastes, ahuellamientos, fisuras, alabeos, asentamientos y otros. Asimismo, se dañan las juntas de expansión, se sueltan las cantoneras, se obstruyen las juntas y barbacanas, etc. En los puentes de madera, la circulación de los vehículos provoca, normalmente, desgaste de los tablones de rodado y que se suelten debido a la pérdida de clavos o pasadores.
