Recomendaciones para la selección de tipo de superestructura de puentes en Colombia

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(1)ICIV 201110 07. RECOMENDACIONES PARA LA SELECCIÓN DE TIPO DE SUPERESTRUCTURA DE PUENTES EN COLOMBIA. Javier Del Castillo Schiffino. UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO DE INGENIERIA CIVIL Y AMBIENTAL Bogotá D.C. 2011. 1.

(2) ICIV 201110 07. RECOMENDACIONES PARA LA SELECCIÓN DE TIPO DE SUPERESTRUCTURA DE PUENTES EN COLOMBIA. Javier Del Castillo Schiffino. Director ING. Ph.D. JUAN F. CORREAL DAZA. Trabajo de grado presentado como requisito para obtener el título de Ingeniero Civil. UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO DE INGENIERIA CIVIL Y AMBIENTAL Bogotá D.C. 2011 2.

(3) ICIV 201110 07. RESUMEN RECOMENDACIONES PARA LA SELECCIÓN DE TIPO DE SUPERESTRUCTURA DE PUENTES EN COLOMBIA. El presente trabajo pretende realizar una investigación sobre los diferentes factores que se deben tener en cuenta en la predeterminación del tipo de puente más favorable, desde el punto de vista económico estético e ingenieril, cuando se haga necesario construir esta clase de estructura.. Se busca eliminar la. variabilidad al momento de seleccionar la superestructura de un puente, no dejando esta solo a facilidad de diseño del diseñador, sino incluyendo factores estructurales, económicos y de capacidad de servicio.. Se realiza para desarrollar lo anterior, el estudio de las hipótesis y métodos de selección de tipo de superestructuras presentes en la literatura.. Utilizando. algunas herramientas estadísticas, conceptos básicos e información presente en el SIPUCOL (Sistema de puentes de Colombia), que establecen dentro de sus documentos buenas prácticas y recomendaciones para la selección del tipo de superestructura según las características específicas del proyecto, para con esto llegar a conclusiones sobre la factibilidad de la utilización de dichos códigos en nuestro país.. Igualmente se lleva a cabo un análisis estadístico de los puentes que componen la red vial nacional, y se analiza la aplicación de las recomendaciones del Bridge Design Aids (BDA) de CALTRANS.. Finalmente se concluye con una propuesta metodológica para la selección de la estructura tipo más conveniente dentro de los criterios expuestos.. 3.

(4) ICIV 201110 07. ABSTRACT RECOMMENDATIONS FOR SELECTION OF TYPE OF BRIDGE SUPERSTRUCTURE IN COLOMBIA This work aims to investigate the different factors to consider in the predetermination of the most favorable type of bridge, from the economic, aesthetic and engineering point of view, when building this kind of structure is necessary. It seeks to eliminate variability in selecting the superstructure of a bridge, not leaving this only to the ease of the designer, but including structural, financial and service capabilities in the selection.. For this, first of all an study of all the assumptions and methods for the selection of type of superstructures is done, based in the present literature of the topic, not pretending in any way all the available information today, but much, make a elementary presentation using some statistical tools, basic concepts and information in the SIPUCOL (Sistema de Puentes de Colombia), which establish into their documents good practices and recommendations for selecting the typo of superstructure that best fits the characteristics of a project, and reaching with it conclusions on the feasibility of the use of these codes in our country. It is also carried out a statistical analysis of the bridges that form up the national road network, and with that information it is analyzed the implementation of the recommendations of the Bridge Design Aids (BDA) from CALTRANS.. Finally we conclude with a methodology for selecting the most suitable type structure within the above criteria.. 4.

(5) ICIV 201110 07 TABLA DE CONTENIDOS 1. INTRODUCCIÓN .................................................................................................... 12 1.1. OBJETIVO GENERAL ....................................................................................... 12. 1.1.1. Objetivos específicos .............................................................................. 12. 2. RESEÑA HISTORICA DE PUENTES EN COLOMBIA ........................................... 15. 3. IMPORTANCIA DE LOS PUENTES DE LA RED VIAL NACIONAL ...................... 24. 4. DEFINICIONES BASICAS ..................................................................................... 27 4.1. PUENTE ............................................................................................................ 27. 4.1.1. Localización de puentes .......................................................................... 27. 4.2. SECCIÓN TRANSVERSAL ............................................................................... 27. 4.3. GALIBO VERTICAL ........................................................................................... 28. 4.4. SUPERESTRUCTURA ...................................................................................... 28. 4.5. SUBESTRUCTURA ........................................................................................... 29. 4.6. CIMENTACIÓN ................................................................................................. 30. 4.7. FORMALETA O CIMBRA: ................................................................................. 31. 4.8 IMPORTANCIA DE LA FORMALETERÍA O CIMBRA EN LA SELECCIÓN DE LA SUPERESTRUCTURA DE PUENTES: ....................................................................... 31 5. 6. CLASIFICACION DE PUENTES: ........................................................................... 34 5.1. SEGÚN TAMAÑO:............................................................................................. 34. 5.2. SEGÚN TIPO ESTRUCTURAL: ........................................................................ 34. 5.3. SEGÚN SU IMPORTANCIA: ............................................................................. 36. 5.4. SEGÚN SU GEOMETRIA: ................................................................................. 36. SELECCIÓN DEL TIPO DE SUPERESTRUCTURA: ............................................. 38 6.1 FACTORES A SER CONSIDERADOS AL MOMENTO DE SELECCIONAR EL TIPO DE SUPERESTRUCTURA: ............................................................................... 39. 7. 6.2. CONSIDERACIONES IMPORTANTES ............................................................. 41. 6.3. ESTETICA EN PUENTES: ................................................................................ 42. CARACTERISTICAS DE LOS TIPOS DE SUPERESTRUCTURA: ....................... 43 7.1. LOSA MACIZA: ................................................................................................. 43. 7.2. 9,*$³7´2³,´(1&21&5(725()25=$'2 ................................................. 44. 7.3. VIGA CAJÓN (FUNDIDA IN-SITU EN CONCRETO REFORZADO): ................. 45. 7.4. VIGA CAJÓN (FUNDIDA IN-SITU PREESFORZADA): ..................................... 46. 7.5. LOSAS DE CONCRETO PREESFORZADO: .................................................... 47. 7.5.1. Fundidas in-situ: ...................................................................................... 47. 7.5.2. Prefabricadas: ......................................................................................... 47. 7.6. VIGAS EN CONCRETO PREESFORZADO (PREFABRICADAS): .................... 48. 7.7. SUPERESTRUCTURAS DE VIGAS EN ACERO:.............................................. 49. 5.

(6) ICIV 201110 07 7.8. VIGA CAJÓN EN ACERO: ................................................................................ 51. 8 DATOS ESTADISTICOS SOBRE SUPERESTRUCTURAS DE LOS PUENTES PERTENECIENTES A LA RED VIAL NACIONAL: ......................................................... 52 8.1 APLICACIONES DE LAS RECOMENDACIONES DE CALTRANS EN COLOMBIA: ................................................................................................................ 53 8.1.1. LOSA MACIZA (Luz < 12 m): .................................................................. 55. 8.1.2. 9,*$³7´2³,´(1&21&5(725()25=$'2 P/X]P ........ 57. 8.1.3. VIGA CAJÓN DE CONCRETO REFORZADO (15.7m < Luz < 37m): ..... 60. 8.1.4. 9,*$6³7´2³,´(1&ONCRETO PRESFORZADO (9m < Luz < 46m):... 62. 8.1.5. VIGA CAJÓN PREESFORZADA (50m Luz < 182m): .............................. 64. 8.2. 9. ANALISIS ESTADISTICO DE PUENTES CONSTRUIDOS DESDE 1990: ........ 67. 8.2.1. LOSA MACIZA (Luz < 12 m): .................................................................. 68. 8.2.2. 9,*$³7´2³,´(1&21&5(725()25=$'2 P/X]P ........ 70. 8.2.3. VIGA CAJÓN DE CONCRETO REFORZADO (15.7M < LUZ < 37M): .... 72. 8.2.4. 9,*$6³7´2³,´(1&ONCRETO PRESFORZADO (9M < LUZ < 46M):.. 74. 8.2.5. VIGA CAJÓN PREESFORZADA (50M LUZ < 182M): ............................. 76. ANALISIS DE COSTOS DE SUPERESTRUCTURAS: .......................................... 79 9.1. VIGAS DE CONCRETO PRESFORZADO:........................................................ 79. 9.1.1. PUENTE LORICA: .................................................................................. 79. 9.1.2. PUENTE ARROYO AGUAS VIVAS 1 ..................................................... 81. 9.1.3. PUENTE ARROYO AGUAS VIVAS 2 ..................................................... 83. 9.1.4. PUENTE ARROYO PITA ........................................................................ 85. 9.1.5. PUENTE CAIMATAL ............................................................................... 87. 9.1.6. PUENTE ARROYO CORRAL NEGRO ................................................... 89. 9.1.7. PUENTE INGETEC 1 .............................................................................. 91. 9.1.8. PUENTE INGETEC 2 .............................................................................. 93. 9.1.9. PUENTE CAÑO FISTULA ....................................................................... 95. 9.1.10. PUENTE ARROYO GRANDE ................................................................. 97. 9.1.11. PUENTE RODEO ................................................................................... 99. 9.2. PUENTES DE VIGAS EN CONCRETO REFORZADO .................................... 101. 9.2.1. PUENTE MATUTE 1 ............................................................................. 101. 9.2.2. PUENTE MATUTE 2 ............................................................................. 103. 9.2.3. PUENTE ARROYO MOROTÍ ................................................................ 105. 9.3. PUENTE EN VIGA CAJON PRESFORZADO .................................................. 107. 9.3.1 9.4. PUENTE CALLE 30 .............................................................................. 107. PUENTE EN LOSA MACIZA DE CONCRETO REFORZADO ......................... 109. 9.4.1. PUENTE MAIZAL.................................................................................. 109. 6.

(7) ICIV 201110 07 10. CONCLUSIONES SOBRE EL ANALISIS DE COSTOS:...................................... 111. 11. PROPUESTA DE METODOLOGÍA PARA SELECCIÓN DE TIPO: ..................... 114. 12. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ........................................................ 118 12.1. CONCLUSIONES ........................................................................................ 118. 12.2. RECOMENDACIONES ................................................................................ 119. 13. REFERENCIAS Y BIBLIOGRAFIA: ..................................................................... 120. 14. ANEXOS: ............................................................................................................. 122. 7.

(8) ICIV 201110 07 INDICE DE FIGURAS FIGURA No. 3-1: PUENTE EL COMÚN (1796) .................................................... 19 FIGURA No. 3-2: PUENTE ORTIZ (1845) ............................................................ 19 FIGURA No. 3-3: PUENTE ROMÁN (1905) .......................................................... 20 FIGURA No. 3-4: PUENTE NAVARRO (1899)...................................................... 20 FIGURA No. 3-5: PUENTE OCCIDENTE (1895) .................................................. 21 FIGURA No. 3-6: PUENTE OSPINA PÉREZ (1950) ............................................. 21 FIGURA No. 3-7: PUENTE VIADUCTO PUERTO SALGAR- LA DORADA .......... 22 FIGURA NO. 3-8: PUENTE ALFONSO LÓPEZ PUMAREJO (1974) .................... 22 FIGURA No. 3-9: PUENTE CACERES (1993) ...................................................... 23 FIGURA No. 3-10: PUENTE VIADUCTO JULIO CÉSAR GAVIRIA TRUJILLO .... 23 FIGURA No. 4-1: INVENTARIO DE PUENTES DE LA RED NACIONAL MAYORES A 10 M. SIPUCOL .............................................................................. 26 FIGURA No. 5-1: ELEMENTOS QUE FORMAN LA SUBESTRUCTURA Y SUPERESTRUCTURA DE UN PUENTE .............................................................. 30 FIGURA No. 5-2: CIMBRA DE PUENTE EN VIGA CAJON DE CONCRETO REFORZADO FUNDIDO IN-SITU ......................................................................... 32 FIGURA No. 5-3: CIMBRA PUENTE DE ARCO INFERIOR EN CONCRETO REFORZADO FUNDIDO IN-SITU ......................................................................... 33 FIGURA No. 5-4: ENCOFRADO DE ESTRIBO PARA PUENTE EN VIGA CAJÓN .............................................................................................................................. 33 FIGURA No. 6-1: PUENTES SIMPLEMENTE APOYADOS, CONTINUOS Y TIPO GERBER ............................................................................................................... 35 FIGURA No. 6-2: PUENTES IRREGULARES EN PLANTA Y ELEVACIÓN ......... 37 FIGURA No. 8-1: TIPO LOSA MACIZA ................................................................. 43 FIGURA No. 8-2: TIPO VIGA T ............................................................................. 44 FIGURA No. 8-3: VIGA CAJON EN CONCRETO REFORZADO.......................... 45 FIGURA No. 8-9,*$7,32³,´(1&21&5(7235((6)25=$'2 .................. 48 FIGURA No. 8-5: ESTRUCTURA DE VIGAS METALICAS .................................. 50 FIGURA No. 8-6: VIGA CAJÓN EN ACERO ......................................................... 51 FIGURA No. 9-1 .................................................................................................... 54 FIGURA No. 9-2 .................................................................................................... 56 FIGURA No. 9-3 .................................................................................................... 58 FIGURA No. 9-4: ESTRUCTURA PUENTE GAMBOTE ....................................... 59 FIGURA No. 9-5: PANORAMICA PUENTE DE GAMBOTE .................................. 59 FIGURA No. 9-6 .................................................................................................... 61 FIGURA No. 9-7: ................................................................................................... 63 FIGURA No. 9-8: ESTRUCTURA PUENTE ANTONIO ESCOBAR ...................... 65 FIGURA No. 9-9: ................................................................................................... 66 FIGURA No. 9-10 .................................................................................................. 68 FIGURA No. 9-11 .................................................................................................. 69 FIGURA No. 9-12: ................................................................................................. 71 FIGURA No. 9-13: ................................................................................................. 71 FIGURA No. 9-14 .................................................................................................. 72 FIGURA No. 9-15: ................................................................................................. 73 FIGURA No. 9-16: PUENTE NOWEN ................................................................... 73. 8.

(9) ICIV 201110 07 FIGURA No. 9-17 .................................................................................................. 74 FIGURA No. 9-18 .................................................................................................. 75 FIGURA No. 9-19 .................................................................................................. 77 FIGURA No. 9-20 .................................................................................................. 77 FIGURA No. 9-21: VIADUCTO QUEBRADA LA CERRAJOSA ............................ 78 FIGURA No. 9-22: PUENTE YUTO ....................................................................... 78. 9.

(10) ICIV 201110 07 INDICE DE TABLAS TABLA No. 4-1: MOVIMIENTO DE CARGA NACIONAL EN VIAS DE LA RED NACIONAL DE CARRETERAS............................................................................. 25 TABLA No. 5-1: ALTURAS RECOMENDADAS PARA MIEMBROS PRISMÁTICOS SEGÚN LA LUZ DE DISEÑO DE LA SUPERESTRUCTURA. .............................. 29 TABLA No. 6-1: CLASIFICACIÓN DE PUENTES SEGÚN SU TAMAÑO ............. 34 TABLA No. 9-1: CLASIFICACIÓN PUENTES EN COLOMBIA SEGÚN LUZ ........ 53 TABLA No. 9-2: TIPOS DE SUPERESTRUCTURA PARA LUCES MENORES A 12m EN COLOMBIA. ............................................................................................ 55 TABLA No. 9-3: TIPOS DE SUPERESTRUCTURA PARA LUCES ENTRE 12 Y 18m EN COLOMBIA. ............................................................................................ 57 TABLA No. 9-4: TIPOS DE SUPERESTRUCTURA PARA LUCES ENTRE 15.7 Y 37m EN COLOMBIA. ............................................................................................ 60 TABLA No. 9-5: TIPOS DE SUPERESTRUCTURA PARA LUCES ENTRE 9 Y 46m EN COLOMBIA. .................................................................................................... 62 TABLA No. 9-6: TIPOS DE SUPERESTRUCTURA PARA LUCES ENTRE 50 Y 160m EN COLOMBIA. .......................................................................................... 64 TABLA No. 10-1: PRESUPUESTO PUENTE LORICA ......................................... 79 TABLA No. 10-2: COSTOS POR METRO CUADRADO PUENTE LORICA ......... 80 TABLA No. 10-3: PRESUPUESTO PUENTE ARROYO AGUAS VIVAS 1 ........... 81 TABLA No. 10-4: COSTOS POR METRO CUADRADO PUENTE ARROYO AGUAS VIVAS 1 ................................................................................................... 82 TABLA No. 10-5: PRESUPUESTO PUENTE ARROYO AGUAS VIVAS 2 ........... 83 TABLA No. 10-6: COSTOS POR METRO CUADRADO PUENTE ARROYO AGUAS VIVAS 2 ................................................................................................... 84 TABLA No. 10-7: PRESUPUESTO PUENTE ARROYO PITA .............................. 85 TABLA No. 10-8: COSTOS POR METRO CUADRADO PUENTE ARROYO PITA .............................................................................................................................. 86 TABLA No. 10-9: PRESUPUESTO PUENTE CAIMATAL ..................................... 87 TABLA No. 10-10: COSTOS POR METRO CUADRADO PUENTE ARROYO PITA .............................................................................................................................. 88 TABLA No. 10-11: PRESUPUESTO PUENTE ARROYO CORRAL NEGRO ....... 89 TABLA No. 10-12: COSTOS POR METRO CUADRADO PUENTE ARROYO PITA .............................................................................................................................. 90 TABLA No. 10-13: PRESUPUESTO PUENTE INGETEC 1 .................................. 91 TABLA No. 10-14: COSTOS POR METRO CUADRADO PUENTE INGETEC 1 .. 92 TABLA No. 10-15: PRESUPUESTO PUENTE INGETEC 2 .................................. 93 TABLA No. 10-16: COSTOS POR METRO CUADRADO PUENTE INGETEC 2 .. 94 TABLA No. 10-17: PRESUPUESTO PUENTE CAÑO FISTULA ........................... 95 TABLA No. 10-18: COSTOS POR METRO CUADRADO PUENTE CAÑO FISTULA................................................................................................................ 96 TABLA No. 10-19: PRESUPUESTO PUENTE ARROYO GRANDE ..................... 97 TABLA No. 10-20: COSTOS POR METRO CUADRADO PUENTE ARROYO GRANDE ............................................................................................................... 98 TABLA No. 10-21: PRESUPUESTO PUENTE RODEO ........................................ 99 TABLA No. 10-22: COSTOS POR METRO CUADRADO PUENTE RODEO...... 100. 10.

(11) ICIV 201110 07 TABLA No. 10-23: PRESUPUESTO PUENTE MATUTE 1 ................................. 101 TABLA No. 10-24: COSTOS POR METRO CUADRADO PUENTE MATUTE 1 . 102 TABLA No. 10-25: PRESUPUESTO PUENTE MATUTE 2 ................................. 103 TABLA No. 10-26: COSTOS POR METRO CUADRADO PUENTE MATUTE 2 . 104 TABLA No. 10-27: PRESUPUESTO PUENTE ARROYO MOROTÍ .................... 105 TABLA No. 10-28: COSTOS POR METRO CUADRADO PUENTE ARROYO MOROTÍ .............................................................................................................. 106 TABLA No. 10-29: PRESUPUESTO PUENTE CALLE 30 .................................. 107 TABLA No. 10-30: COSTOS POR METRO CUADRADO PUENTE CALLE 30 .. 108 TABLA No. 10-31: PRESUPUESTO PUENTE EL MAIZAL ................................ 109 TABLA No. 10-32: COSTOS POR METRO CUADRADO PUENTE CALLE 30 .. 110 TABLA No. 11-1: RESUMEN DE DATOS DE COSTOS POR METRO CUADRADO DE SUPERESTRUCTURAS ............................................................................... 111 TABLA No. 12-1: PROPUESTA PARA FORMATO DE CALIFICACION AL MOMENTO DE SELECCIONAR LA SUPERESTRUCTURA DE UN PUENTE .. 115. 11.

(12) ICIV 201110 07 1 1.1. INTRODUCCIÓN OBJETIVO GENERAL Determinar los factores principales a tener en cuenta en Colombia al momento de hacer la selección del tipo de superestructura a utilizar en un puente.. 1.1.1 Objetivos específicos Determinar. si los códigos de diseño internacionales y sus. recomendaciones se han usado históricamente en Colombia. Determinar si la utilización de los códigos de diseño internacionales en Colombia es recomendable y si sus premisas son aplicables a nuestra situación particular. Realizar. un. análisis. de. costos. generales. de. las. superestructuras más utilizadas en la Red Vial Nacional, para tener estimativos que permitan la adecuada selección de tipo de superestructura.. Plantear una metodología aplicable al caso particular de Colombia, que tenga en cuenta los factores determinantes identificados a lo largo de este documento y que pueda llegar a ser implementada. Para este propósito, se establece una metodología de análisis a partir de los datos del Ministerio de Transporte en su subdivisión del INVIAS: SIPUCOL 1, tomando como base sus registros de puentes de la red vial nacional y comparando la selección de las estructuras de los puentes con las recomendaciones 1. Sistema de administración de puentes de Colombia. 12.

(13) ICIV 201110 07 especificadas en los códigos especializados (CALTRANS Bridge Design Aids: Capitulo 10), ya que el cálculo, diseño y construcción de toda obra de ingeniería, debe estar acorde con las normas que se han establecido para que las mismas cumplan con su finalidad, de manera eficiente y segura.. A pesar de las ventajas estratégicas que supone la oferta en modos como el fluvial y el férreo, las cuales ofrecen mayores capacidades, eficiencia y por ende menores costos de los fletes de transporte de mercancías, éstas alternativas no se han potenciado adecuadamente, a la falta de una política clara y una visión menos sesgada y mas a futuro de las necesidades de un país en desarrollo como Colombia. Esta realidad ha causado que más del 80% de la carga se transporte por este modo, lo que ha resultado en un delicado equilibrio entre generadores y prestadores de estos servicios, e impulsado la gran mayoría de las políticas de transporte a corto y mediano plazo, las cuales en tienden a un fortalecimiento de la red vial del país.. Según cifras de la Cámara Colombiana de la Infraestructura (CAMACOL), entre 2002 y 2009 la extensión de dobles calzadas pasó de 52 km a 726 km, cifras que dan soporte a la afirmación de una concentración de políticas tendientes al desarrollo de la infraestructura vial, como principal eje del desarrollo del transporte en el país. Teniendo en cuenta que el análisis y diseño estructural de puentes es de primera importancia para el ingeniero estructural, y para el Gobierno nacional en sus nuevas políticas de mejoramiento de la infraestructura vial, este análisis tiene fundamento en la utilización de mejores prácticas en el ejercicio de la ingeniería estructural al momento de considerar la construcción de un nuevo puente, y las consecuencias económicas, de nivel de servicio y estéticas que una obra de este tipo conllevan. Se busca eliminar la variabilidad al momento de seleccionar la superestructura de un puente, no dejando esta solo a facilidad de diseño del diseñador, sino incluyendo factores estructurales, económicos y de capacidad de. 13.

(14) ICIV 201110 07 servicio. Es de por sí entonces justificativo el estudio de las hipótesis y métodos de selección de tipo de superestructuras presentes en la literatura en la actualidad.. Debido a lo extenso del tema y al gran número de Normas y Especificaciones con que se cuenta en la actualidad para el diseño de puentes, no se pretende aquí abarcar la totalidad de la información que sobre selección de tipo de superestructura de puentes existe, sino realizar con base en conceptos básicos e información presente en el SIPUCOL para llegar a conclusiones sobre la factibilidad de la utilización de dichos códigos en nuestro país. Las normas sobre las cuales se basa mayormente este documento son: OD ³6WDQGDUG 6SHFLILFDWLRQV IRU KLJKZD\ %ULGJHV´ GH OD $PHULFDQ $VVRFLDWLRQ RI 6WDWH +LJKZD\ DQG Transportation Officials. (AASHTO), HO³&yGLJR&RORPELDQRGH'LVHxR6tVPLFRGH 3XHQWHV´ &&3 ± 94), documento que es complementario de la Ley 400 de 1.997 y del Decreto 33 de 1.998 (NSR ± 98) y. el Bridge Design Aids en su. Capítulo 10, de el California Department of Transportation (CALTRANS). que. establecen dentro de sus documentos buenas prácticas y recomendaciones para la selección del tipo de superestructura según las características especificas del proyecto.. 14.

(15) ICIV 201110 07 2. RESEÑA HISTORICA DE PUENTES EN COLOMBIA. Es difícil fijar el inicio de la construcción de puentes en Colombia, los inicios de esta práctica como ingeniería se remontan a los comienzos del siglo XVIII, aunque para este momento la documentación de los proyectos es muy poca. 3XHQWHV FRPR ³(O &RP~Q´ XELFDGR D OD HQWUDGD GH OD SREODFLyQ cundinamarquesa de Chía fueron los primeros pasos dados en nuestro País en cuanto a la construcción de puentes se refiere. Este puente construido en mampostería simple, recibe su nombre por estar exento su uso de "pontazgo", el peaje que se cobraba por el derecho de cruzar los puentes. Para la realización del mismo se ordenó viniera de Cartagena para la construcción del puente sobre el antes llamado río Funza (ahora Bogotá), el ingeniero Teniente coronel Domingo Esquiaqui, por ser, según el Virrey, "el único sujeto inteligente y capaz de hacerlo según las reglas del arte". El ingeniero español había llegado a Cartagena como experto constructor de puentes y fortificaciones, siendo esta la primera aproximación a la necesidad de ingenieros especialistas en la realización de puentes en Colombia.. Para inicios del siglo XIX el auge en el crecimiento de las importantes ciudades Colombianas hacían necesario la creación de puentes que permitieran la libre expansión de las mismas, razón por la cual ciudades como Cartagena y Cali vieron la necesidad de crear puentes que comunicaran las nuevas zonas de las ciudades. En el caso particular de la ciudad de Cartagena el crecimiento de la ciudad necesitó de la creación de un puente que uniera la zona histórica amurallada con isla de Manga, razón por la cual fue necesaria la construcción del famoso puente Román (1905). Algo similar ocurrió en Cali, donde el puente Ortiz (1845) fue creado buscando unir la zona antigua de la ciudad con los nacientes barrios de la misma.. Con las experiencias de estos puentes, la ingeniería de puentes en el país comenzó a tener un desarrollo bastante acelerado y hasta cierto punto avanzado. 15.

(16) ICIV 201110 07 para lo que ocurría en esta época en los otros países en desarrollo en Latinoamérica. Ya para finales de este siglo en Colombia se construyeron obras con muchos más fundamentos de ingeniería, dentro de las cuales se pueden resaltar dos puentes: El puente de Occidente y el puente Navarro. El Puente de Occidente, primer puente colgante del país, fue construido entre 1887 y 1895 por el Ingeniero José María Villa, bajo el gobierno del General Marceliano Vélez. El puente está constituido por cuatro torres piramidales, dos a cada lado del Río Cauca, que soportan los cuatro cables de los cuales están suspendidas las péndolas (4 por cada viga) que sostienen el tablero del puente. Los cables están anclados a estructuras en mampostería de ladrillo ubicadas a cada lado de la ribera del Río Cauca.. El antioqueño José María Villa había viajado de joven a los Estados Unidos para estudiar ingeniería, con una beca que duró poco, pues las guerras políticas del país cortaron de repente los auxilios que recibía. De manera inusual, él solicitó a sus maestros validar las materias pendientes, su excelencia le permitió no sólo el título de ingeniero sino un gran renombre y la inmediata vinculación en el mundo profesional del diseño y la ingeniería. Participó, entre otros, en el proceso de diseño y construcción del puente de Brooklyn, sobre el East River de Nueva York.. Este puente fue en su momento completamente vanguardista, y permitió que en Colombia se empezaran a considerar nuevos métodos de diseño y construcción de puentes, los cuales ya eran aplicados en los países industrializados como Estados Unidos.. Contemporáneo a este desarrollo en la construcción de puentes se construyeron otros puentes como el Puente Navarro (1899), puente que recibe su nombre del empresario Bernardo Navarro, personaje bastante vanguardista para su época. Este puente realizado en estructuras metálicas (cercha de acero) fue construido por el ingeniero, de origen americano, Norman Nichols, y logró salvar el paso del río Magdalena uniendo a Honda con la ciudad de Guaduas.. 16.

(17) ICIV 201110 07 La estructura metálica de este puente tuvo que ser conseguida en el exterior debido a las limitaciones de la industria metalúrgica Colombiana de la época, esta tarea le fue encargada al ingeniero Norman Nichols, quien realizó diligencias para la compra de la estructura del puente, a la San Francisco Bridge Company de Nueva York, conocida por haber hecho la del famoso Golden Gate en San Francisco (Estados Unidos). La Subdirección de Monumentos Nacionales, del Instituto Nacional de Vías, realizó la restauración de esta obra de ingeniería, conservando entonces, una pieza más de la historia de nuestro valioso patrimonio.. Como podemos ver la construcción de puentes en Colombia está completamente ligada al desarrollo industrial del país. Para el siglo XX el país entró en una fuerte etapa de industrialización que fue acompañada con un desarrollo en su infraestructura vial, ya que para mitad del siglo XX el transporte motorizado en Colombia era fundamental en la movilización de los bienes y servicios del país.. Uno de los grandes pasos dados en el desarrollo vial fue El puente Ospina Pérez puente vehicular sobre el río Magdalena, que comunica a Girardot con el municipio de Flandes, su construcción data de 1950, durante el gobierno del presidente Mariano Ospina Pérez (1946-1950) del cual deriva su nombre.. El puente Ospina Pérez es un puente de tipo colgante construido en acero y cemento, el cual permite el tráfico vehicular y además cuenta con dos pasarelas o andenes para el tránsito peatonal, a lado y lado de la carretera central. En la última remodelación le fueron construidos al puente unas barandas en el borde de las pasarelas para proteger a los peatones.. Sobre el río grande de la Magdalena entre los municipios de Puerto Salgar y la Dorada, se encuentra el imponente viaducto Puerto Salgar- La Dorada que une el oriente con el occidente y el sur con el norte el país, sus columnas, que datan de. 17.

(18) ICIV 201110 07 la década de los cincuenta han sido testigos mudos del desarrollo y el crecimiento de la economía colombiana.. Por todo lo anterior se evidencia la importancia de este puente, pero hay más: como pocos, vio de cerca el ocaso de la navegación fluvial y años más tarde la extinción del servicio de transporte férreo, lo que permitió la explosión del transporte terrestre.. A medida que la ingeniería en el país se tecnificaba, la construcción de puentes se hacía mucho más viable, constante y necesaria, impulsada por la tecnificación en el uso del concreto reforzado y preesforzado. Puentes como el Alfonso López Pumarejo (1974) de 1500m de longitud que cruza el rio Magdalena en Barranquilla y el puente Cáceres (1993), un puente atirantado sobre el rio Cauca fueron en su mayoría diseñados por las nacientes firmas Colombianas de diseño y construcción; Otros como el puente Carlos Lleras Restrepo ubicado en Caucasia sobre el rio Cauca construido en concreto con vigas tipo T prefabricadas y el puente Chiraja en la vía Bogotá-Villavicencio en vigas metálicas curvas han contribuido a la disminución de los tiempos de viaje de los productos dentro del país.. Las últimas obras de ingeniería de puentes en Colombia, como es el caso del Viaducto Cesar Gaviria Trujillo llevaron la ingeniería de puentes en Colombia a un nuevo nivel de tecnificación. El viaducto Cesar Gaviria Trujillo se nombró así en memoria al presidente Cesar Gaviria cuyo mandato fue 1990-1994, el viaducto de Pereira mejoró mucho el transporte en la zona que comunica a Pereira y el municipio de Dosquebradas, ya que antes de su inauguración era muy complicado y consumía mucho tiempo el desplazarse de Pereira a Dosquebradas y viceversa. Para este año es una de las obras más importantes de Colombia y América Latina.. Como se puede evidenciar en esta reseña histórica, el desarrollo de la ingeniería de puentes en Colombia y en el resto del mundo está ligado al desarrollo industrial. 18.

(19) ICIV 201110 07 del mismo, siendo motor del desarrollo de transporte de bienes y servicios. Este desarrollo ha permitido a la ingeniería del país avanzar y lograr la creación de proyectos muy interesantes, que han hecho necesario la utilización de tecnología y la especialización de algunas firmas consultoras en el desarrollo de puentes. (Ver FIGURA No. 2-1, FIGURA No. 2-2, FIGURA No. 2-3, FIGURA No. 2-4, FIGURA No. 2-5, FIGURA No. 2-6, FIGURA No. 2-7, FIGURA NO. 2-8, FIGURA No. 2-9 y FIGURA No. 2-10). FIGURA No. 2-1: PUENTE EL COMÚN (1796). FIGURA No. 2-2: PUENTE ORTIZ (1845). 19.

(20) ICIV 201110 07 FIGURA No. 2-3: PUENTE ROMÁN (1905). FIGURA No. 2-4: PUENTE NAVARRO (1899). 20.

(21) ICIV 201110 07 FIGURA No. 2-5: PUENTE OCCIDENTE (1895). FIGURA No. 2-6: PUENTE OSPINA PÉREZ (1950). 21.

(22) ICIV 201110 07 FIGURA No. 2-7: PUENTE VIADUCTO PUERTO SALGAR- LA DORADA. FIGURA NO. 2-8: PUENTE ALFONSO LÓPEZ PUMAREJO (1974). 22.

(23) ICIV 201110 07 FIGURA No. 2-9: PUENTE CACERES (1993). FIGURA No. 2-10: PUENTE VIADUCTO JULIO CÉSAR GAVIRIA TRUJILLO. 23.

(24) ICIV 201110 07 3. IMPORTANCIA DE LOS PUENTES DE LA RED VIAL NACIONAL2. En Colombia, los grandes centros de producción están concentrados en el interior del país y a gran distancia de los puertos, situación que eleva el costo de los bienes y afecta la competitividad del sector productivo.. Por esta razón, el desarrollo de una infraestructura de transporte interconectada, bajo un esquema operativo que responda a las condiciones de demanda, tipo de carga y destino de los productos, es una prioridad. Sin embargo la importancia de la infraestructura no se limita al tema productivo; es igualmente importante en términos de desarrollo social y regional. Sus efectos en materia de conectividad y acceso de la población a los servicios, hacen de la infraestructura un elemento central en la promoción de la equidad. El grado de aislamiento de una gran parte del territorio Colombiano constituye un incentivo para el subdesarrollo económico y social de sus poblaciones, el florecimiento y/o mantenimiento de actividades ilícitas y de terrorismo. 3. La actividad de carga y transporte de mercancías y productos se ha venido incrementando considerablemente en los últimos 10 años dentro del territorio nacional, al igual que la capacidad y el tránsito promedio diario de la actividad comercial. Por ello, el desgaste de los corredores viales ha sido notable, ya que tanto las carreteras como los puentes de la infraestructura vial nacional en su mayoría, fueron construidos para soportar volúmenes de cargas inferiores a los autorizados actualmente por el Ministerio de Transporte (Resolución No 4100 de diciembre 28 de 2.004).4. 2 Departamento Nacional de Planeación: Principales 100 Proyectos de Inversión, Banco de Programas y Proyectos de Inversión Nacional, Construcción de Puentes de la Red Vial Nacional 3 Departamento Nacional de Planeación: Principales 100 Proyectos de Inversión, Banco de Programas y Proyectos de Inversión Nacional, Construcción de Puentes de la Red Vial Nacional 4 Departamento Nacional de Planeación: Principales 100 Proyectos de Inversión, Banco de Programas y Proyectos de Inversión Nacional, Construcción de Puentes de la Red Vial Nacional. 24.

(25) ICIV 201110 07 Al evaluar el comportamiento de la carga nacional e internacional que ha circulado por la red vial nacional desde 1997, se observa que entre los años 1997 ± 2002, se presento una disminución del transporte de carga, ocasionado por motivos de orden público. Sin embargo a partir del año 2002, y con la implementación de la política de seguridad democrática, los volúmenes de carga experimentaron un crecimiento notable hasta la fecha, tal y como lo muestra el siguiente el informe sobre movimiento de carga y variación anual de la misma (Ver TABLA No. 3-1).5. TABLA No. 3-1: MOVIMIENTO DE CARGA NACIONAL EN VIAS DE LA RED NACIONAL DE CARRETERAS. Debido a la topografía e Hidrología del país, la construcción de puentes se constituye como base fundamental de una buena adecuación de las vías nacionales. Fue así como en el año 1996 se desarrolló en el Instituto Nacional de Vías,. INVIAS, el sistema de administración de mantenimiento de puentes de. Colombia, SIPUCOL que se encarga de:. 5. Departamento Nacional de Planeación: Principales 100 Proyectos de Inversión, Banco de Programas y Proyectos de Inversión Nacional, Construcción de Puentes de la Red Vial Nacional. 25.

(26) ICIV 201110 07 Inventario general de puentes (Ver FIGURA No. 3-1) Inspección principal y especial de puentes Inspección y mantenimiento rutinarios Priorización de obras de reparación y refuerzo Control de presupuestos, costos y avance de obras Diseño de obras de reparación y refuerzo Evaluación de la capacidad de carga de los puentes. FIGURA No. 3-1: INVENTARIO DE PUENTES DE LA RED NACIONAL MAYORES A 10 M. SIPUCOL6. 6. Departamento Nacional de Planeación: Principales 100 Proyectos de Inversión, Banco de Programas y Proyectos de Inversión Nacional, Construcción de Puentes de la Red Vial Nacional. 26.

(27) ICIV 201110 07 4. DEFINICIONES BASICAS. 4.1. PUENTE Un puente es una estructura que se utiliza para salvar obstáculos, entre medianos y grandes. El propósito primario de un puente vehicular es llevar con seguridad (geométrica y estructuralmente) los volúmenes necesarios de tráfico y cargas. Las consideraciones de tráfico en puentes no deben estar limitadas a los vehículos. terrestres que transitarán sobre él. En muchos casos debe. considerarse el tráfico bajo la estructura, que impone condiciones adicionales al diseño. 4.1.1. Localización de puentes Será básicamente el determinado por el alineamiento de diseño de la vía. Los cruces sobre corrientes de agua deben ubicarse teniendo en cuenta los costos iníciales del puente y la minimización de los costos totales incluyendo los correspondientes a la corrección del lecho, si fuere el caso y las de las medidas necesarias para el mantenimiento de la cuenca y el control de su erosión.. 4.2. SECCIÓN TRANSVERSAL Está constituida por los siguientes elementos: Ancho de Vía Bermas Bordillos ó sardineles Andenes. Ancho de calzada. También llamado Gálibo horizontal. De acuerdo con el CCP 200± 6HFFLyQ $ ³ ..El ancho de calzada debe ser el ancho libre, medido perpendicularmente al eje longitudinal del puente, entre la parte. 27.

(28) ICIV 201110 07 LQIHULRUGHORVVDUGLQHOHV´es decir la longitud horizontal entre los sardineles o andenes del puente. 4.3. GALIBO VERTICAL Es el espacio libre, vertical, que debe existir entre el nivel de aguas máximas y el borde inferior de la superestructura, esto referido cuando el puente está ubicado sobre un. paso de agua; igualmente para casos en los que la. ubicación de la estructura es para salvar otro tipo de obstáculo, el gálibo será el espacio libre, vertical, entre el nivel superior del obstáculo (vías terrestres y otros) y el borde inferior de la superestructura. El código CCP 200 ± 94 (Sección A.2.2) señala que, cuando se trate de puentes sobre aguas navegables,. son las entidades a cargo de dichas. aguas, quienes establecerán el gálibo requerido mínimo requerido. Así mismo, establece que cuando se trata de estructuras sobre vías en zonas rurales deben preverse futuras repavimentaciones y dejar un gálibo mínimo de 4.90 metros; en zonas urbanas el espacio libre no debe ser menor de 4.50 metros. 4.4. SUPERESTRUCTURA Las superestructuras o tableros es la parte del puente que recibe directamente la carga viva del puente. La posición relativa de ésta con respecto a la subestructura es variable. Es importante tener en cuenta que todas las recomendaciones estipuladas en el CCP-200 94 en su capítulo A.4, dedicado a superestructuras es aplicable a puentes regulares en planta, con esviaje máximo de 200, rectos o curvos con radios mayores de 2L2/b La superestructura la componen todos los elementos superiores del puente, como son (Ver FIGURA No. 4-1): Vigas (largueros, diafragmas, riostras) Calzada Andenes. 28.

(29) ICIV 201110 07 Bordillos Barandas. En el CCP-200 94, tabla A.7-1 se especifican las Alturas recomendadas para miembros prismáticos (en Metros) según la luz de diseño de la superestructura (Ver TABLA No. 4-1).. TABLA No. 4-1: ALTURAS RECOMENDADAS PARA MIEMBROS PRISMÁTICOS SEGÚN LA LUZ DE DISEÑO DE LA SUPERESTRUCTURA. Tipo de Superestructura. Luces simples. Placa de puentes con refuerzo principal paralelo al ΀ϭ͕Ϯǆ;^нϯ͕ϬϱͿ΁ͬϯϬшϬ͕ϭϲϱ trafico. Luces Continuas ;^нϯ͕ϬϱͿͬϯϬшϬ͕ϭϲϱ. Vigas T. 0,070xS. 0,065xS. Vigas Cajón. 0,060xS. 0,055xS. Vigas para estructuras peatonales. 0,033xS. 0,033xS. Según A.7.6.6- Control de Deflexiones, las alturas mínimas indicadas en la tabla A.7.1 deben cumplirse a menos que un cálculo de las deflexiones indique que las alturas más pequeñas pueden usarse sin que se ocasionen efectos perjudiciales. 4.5. SUBESTRUCTURA La constituyen. los ESTRIBOS y las PILAS, que son los elementos que. sirven de apoyo a la Superestructura:. Los estribos son las estructuras de soporte situadas en los límites inicial y final en el sentido longitudinal del puente. Generalmente son muros de contención (Tierra armada; concreto en masa; concreto reforzado; concreto preesforzado) que están sometidos al empuje de. 29.

(30) ICIV 201110 07 las tierras de los terraplenes de acceso, pero eventualmente pueden ser otro tipo de estructuras.. Las pilas son elementos de apoyo intermedio, que no están sometidos a empuje de los rellenos, por lo que las fuerzas horizontales en ellos son muy inferiores que en los estribos. Pueden ser de mampostería; de concreto ciclópeo; de concreto en masa; de concreto armado ó de concreto presforzado. 4.6. CIMENTACIÓN Como toda estructura, los elementos que constituyen la infraestructura, requieren de una cimentación adecuada, para transmitir las cargas al suelo de soporte. Esta cimentación puede ser superficial ó profunda, de acuerdo a las características del suelo y del lugar de emplazamiento.. FIGURA No. 4-1: ELEMENTOS QUE FORMAN LA SUBESTRUCTURA Y SUPERESTRUCTURA DE UN PUENTE. 30.

(31) ICIV 201110 07 4.7. FORMALETA O CIMBRA: La cimbra puede ser definida como un armazón sobre el cual la estructura permanente de concreto se apoya durante su construcción. El término Cimbra se encuentra universalmente asociado con la construcción de estructuras de concreto fundidas in-situ, en particular para el caso de superestructuras de puentes. La cimbra provee una plataforma estable sobre la cual la forma de la estructura puede ser construida y adecuada. (V LPSRUWDQWH GLIHUHQFLDU HQWUH HO ³HQFRIUDGR´ \ OD FLPEUD (O HQFRIUDGR HV usado principalmente para retener el concreto en su estado plástico en la forma deseada hasta que este se ha endurecido. Este es diseñado para resistir la presión del concreto plástico y la presión adicional que se genera al PRPHQWRGHYLEUDUOR'HELGRDTXHHO³HQFRIUDGR´QRFDUJDODFDUJDPXHUWD del concreto, este puede ser retirado tan pronto el concreto se ha endurecido. A diferencia de este, el cimbrado sí carga la carga muerta del concreto, y es por esta razón que debe permanecer colocado y en utilización hasta que el concreto se vuelva auto portante. Paneles de madera contrachapada en la parte inferior de una losa de concreto sirve tanto para FLPEUDUFRPRSDUD³HQFRIUDU´HOFRQFUHWR. 4.8. IMPORTANCIA DE LA FORMALETERÍA O CIMBRA EN LA SELECCIÓN DE LA SUPERESTRUCTURA DE PUENTES:. Al momento de la selección de la superestructura de un puente, la formaletería constituye uno de los factores que pueden llegar a ser determinantes desde el punto de vista de la practicidad constructiva.. Como hemos leído anteriormente de la definición general de puente, este salva un obstáculo, a través de una luz o distancia libre. Al momento de la selección de la superestructura es fundamental tener en cuenta los métodos. 31.

(32) ICIV 201110 07 constructivos y la facilidad para la aplicación de los mismos, y es precisamente en este punto donde el cimbrado se vuelve fundamental. Para todo puente fundido in-situ. es necesario implementar un sistema de. cimbrado y de encofrado que permita la adecuada construcción del mismo, pero que sea constructivamente aplicable o práctico. Es importante tener en cuenta los sobrecostos y sobre tiempos de la construcción del cimbrado. Casos particulares como puentes salvando obstáculos de gran profundidad (Puentes con grandes Gálibos) pueden volver inviable la construcción de puentes de concreto reforzado fundido in-situ, por el simple hecho de una gran dificultad para producir el cimbrado y encofrado del mismo.. Debido a esto se han desarrollado numerosos métodos alternativos para la construcción de puentes con estas características, dentro de los cuales se destaca el método de las dovelas sucesivas o puentes segmentados. Estos sobre costos hacen que el cimbrado deba ser incluido como factor fundamental al momento de la selección de la superestructura a utilizar y por ende serán parte del análisis de este documento. (Ver FIGURA No. 4-2, FIGURA No. 4-3, FIGURA No. 4-4). FIGURA No. 4-2: CIMBRA DE PUENTE EN VIGA CAJON DE CONCRETO REFORZADO FUNDIDO IN-SITU. 32.

(33) ICIV 201110 07 FIGURA No. 4-3: CIMBRA PUENTE DE ARCO INFERIOR EN CONCRETO REFORZADO FUNDIDO IN-SITU. FIGURA No. 4-4: ENCOFRADO DE ESTRIBO PARA PUENTE EN VIGA CAJÓN. 33.

(34) ICIV 201110 07 5. CLASIFICACION DE PUENTES:. Es conveniente clasificar los puentes para delimitar los alcances de los sistemas constructivos y de los criterios y herramientas de análisis y diseño. Para los fines de este documento clasificaremos los puentes por su tamaño, tipo estructural, importancia, resistencia lateral y geometría. 5.1. SEGÚN TAMAÑO: Los puentes pueden ser clasificados en función del tamaño de la luz que salvan, según la siguiente tabla (Ver TABLA No. 5-1): TABLA No. 5-1: CLASIFICACIÓN DE PUENTES SEGÚN SU TAMAÑO Clasificación BOX Puentes de Luz Pequeña. /P 6m /P. Puente de Luz Mediana. P/0 m. Puente de Luz Grande. 50 P/150 m. Puentes de Luz Especial. 5.2. Luz. L > 150 m. SEGÚN TIPO ESTRUCTURAL7: De acuerdo a su comportamiento estático los puentes se pueden clasificar como Isostáticos (simplemente apoyados) e Hiperestáticos.(Continuos) Los segundos incluyen desde puentes de claros medios, con continuidad solamente en la superestructura, hasta puentes aporticados, colgantes, atirantados y empujados. En los puentes continuos se reduce la magnitud del momento flexionante positivo en el centro de la luz, por lo que se pueden obtener luces mayores con la misma profundidad/peralte de las vigas. Las principales ventajas de los puentes de luces continuas son:. 7. UNAM, Manual de diseño de estructuras prefabricadas y presforzadas. 34.

(35) ICIV 201110 07 Menor profundidad/peralte que los puentes simplemente apoyados. Se requiere un menor número de apoyos, ya que una viga continua supone reducciones en la complejidad y cantidad de apoyos presentes. Menos juntas constructivas, con la ventaja evidente de lograr una superficie de rodamiento sin interrupciones. La deflexión y la vibración son menores. Mejor comportamiento ante requerimientos sísmicos. Al mismo tiempo, los puentes continuos tienen las siguientes desventajas:. Los asentamientos diferenciales pueden causar efectos importantes en toda la estructura, por lo que su uso no se recomienda en estructuras sobre suelos blandos que puedan ocasionar diferencias de asentamientos entre las pilas.. Una combinación eficiente de ambos tipos de estructuración es la solución tipo Gerber. En esta solución se coloca una trabe central simplemente apoyada justo en los sitios correspondientes a los puntos de inflexión (Cambio de signo de momento, momento igual a cero), de una viga continua. En la FIGURA No. 5-1 se muestran los tipos de estructuración.. FIGURA No. 5-1: PUENTES SIMPLEMENTE APOYADOS, CONTINUOS Y TIPO GERBER. 35.

(36) ICIV 201110 07 5.3. SEGÚN SU IMPORTANCIA: El CCP-200 94 en su numeral A.3.5.1.3 especifica la clasificación de puentes según su importancia de la siguiente forma: Grupo I: Puentes esenciales ± Comprende todos aquellos puentes rurales y urbanos pertenecientes a las carreteras troncales. Incluye además los puentes de vías urbanas arterias ya sean pertenecientes a ellas o que pasen por encima de ellas. Comprende además los puentes de acceso a obras de importancia tales como proyectos hidroeléctricos. Grupo II: Puentes importantes ± Cubre todos aquellos puentes rurales de vías principales. Se incluyen dentro de este grupo aquellos puentes de vías secundarias que sean las únicas que den acceso a regiones de más de 50.000 habitantes. Grupo III: Otros puentes ± Cubre todos los puentes que no estén comprendidos en el grupo I ni en el grupo II. 5.4. SEGÚN SU GEOMETRIA8: Con base en Los puentes según su geometría deberán clasificarse en regulares e irregulares. En puentes con dos o más claros podrá hacerse una clasificación distinta para cada componente o módulo del puente. En este caso se debe garantizar que estas partes estarán totalmente aisladas y que tendrán un movimiento sísmico independiente de otros componentes del puente, y que las juntas constructivas han sido expresamente diseñadas para evitar el golpeteo. Con fines de clasificación por geometría, no se podrán considerar aislados dos soportes del puente sobre los que descansa la superestructura con apoyos deslizantes o de neopreno; esto es debido a. 8. UNAM, Manual de diseño de estructuras prefabricadas y presforzadas. 36.

(37) ICIV 201110 07 que el movimiento que se presentará entre ambos soportes puede ser distinto, lo que ocasionaría la pérdida de apoyo de la superestructura, situación que se agrava notablemente en puentes irregulares. Un puente irregular será aquel en el que se cumpla al menos una de las siguientes características9:. Los puentes en línea recta con apoyos esviados que formen ángulos mayores que 25 grados con respecto al eje transversal del camino. Puentes curvos que subtiendan un ángulo de un estribo a otro, o al final del puente, mayor que 25 grados, medido desde el eje principal del camino. Existen cambios abruptos en rigidez lateral o en masa a lo largo de su longitud. Los cambios en estas propiedades que excedan 25 por ciento de apoyo a apoyo, excluyendo estribos, deberán ser considerados abruptos. (Ver FIGURA No. 5-2). FIGURA No. 5-2: PUENTES IRREGULARES EN PLANTA Y ELEVACIÓN. 9. UNAM, Manual de diseño de estructuras prefabricadas y presforzadas. 37.

(38) ICIV 201110 07 6. SELECCIÓN DEL TIPO DE SUPERESTRUCTURA:. Las estructuras a diseñar pueden ser descritas por la forma principal de construcción como Losas Macizas, Vigas T, Vigas Cajón, Viga de Acero, etc. La selección. de. la. adecuada. superestructura. para. cierta. solicitación. es. responsabilidad directa del Ingeniero de diseño.. La selección debe ser basada en consideraciones como:. Economía Seguridad Aspecto y Acabado Control de deflexiones Costos de Mantenimiento Manejo del tráfico durante la construcción Tiempo de construcción Seguridad de construcción Similitud con estructuras adyacentes Profundidad de la superestructura Detalles de la subestructura Idoneidad para la ampliación para la construcción definitiva Viabilidad de la formaletería Paso de los escombros de inundaciones Sismicidad del sitio. La estructura seleccionada para un sitio específico debe ser el tipo que mejor satisfaga las condiciones de tráfico y las condiciones del entorno donde va a estar situado.. 38.

(39) ICIV 201110 07 Estudios realizados en el Departamento de Transporte de California (California Department of Transportation, CALTRANS) han contribuido a tener más herramientas que permitan una adecuada selección del tipo de superestructura.. 6.1. FACTORES A SER CONSIDERADOS AL MOMENTO DE SELECCIONAR EL TIPO DE SUPERESTRUCTURA:. Condiciones geométricas del sitio: El tipo de puente seleccionado a menudo depende del alineamiento horizontal y vertical de la vía y de las luces por encima y por debajo de la carretera. Por ejemplo, si una vía es curva y llega a un punto donde debe realizarse un puente conservando su curvatura, vigas cajón continuas y losas son muy buenas elecciones, debido a su agradable apariencia, su capacidad de ser construidos curvas y su alta resistencia torsional.. Condiciones del subsuelo: Los suelos de fundación en el sitio determinarán si los estribos, pilas o pórticos pueden cimentarse en zapatas, pilotes hincados o pilotes prescavados. Si las investigaciones de suelo indican que pueden existir asentamientos grandes o diferenciales, la superestructura a seleccionar debe ser aquella que pueda acomodarse a estos fenómenos de asentamiento a lo largo de su vida útil.. Requerimientos funcionales: Adicionalmente al alineamiento geométrico de un puente que permite la conexión de dos puntos en una vía, el puente debe además funcionar para soportar los volúmenes de tráfico presentes y futuros.. 39.

(40) ICIV 201110 07 Estética: Ya sea intencionalmente o no, todo puente constituye una representación estética. El hecho de que los puentes vehiculares se encuentren usualmente ubicados en sitios abiertos y visibles, implica que estos pueden ser vistos y tener influencia estética para cualquiera que pase por la zona de influencia del mismo. Debe por ende ser una meta para todo diseñador de puentes obtener una respuesta estética positiva sobre el puente seleccionado.. Economía y facilidad de mantenimiento: No es posible separar el costo inicial de construcción del costo de mantenimiento durante la vida útil del puente, al momento de comparar económicamente diferentes tipos de puentes. Una regla general es que el puente con el menor número de luces, menor número de juntas de construcción en la superestructura (cubierta), y mayor espaciamiento de las vigas será el tipo más económico.. Mediante la reducción de un (1) vano en un puente, se reduce el número de pórticos o pila, lo que reduce los costos de construcción. Las Juntas son un ítem que implica un alto mantenimiento por lo que la minimización de este implicará una gran disminución de los costos de mantenimiento durante la vida útil.. 40.

(41) ICIV 201110 07 6.2. CONSIDERACIONES IMPORTANTES Sin importar que tipo de superestructura se use, los siguientes factores deben ser considerados al momento de seleccionar el tipo de puente a construir:. Rodamientos, bisagras, drenajes, detalles de expansión y esviajes excesivos crean problemas importantes de mantenimiento. Consideraciones deben ser dadas para minimizar el número de estos detalles presentes en la estructura.. Las estructuras de acero requieren pintura como mantenimiento rutinario, la cual varía dependiendo de su lugar de ubicación. Este costo es fundamental al momento de la selección de este tipo de estructuras. Generalmente, las estructuras de concreto requieren menos mantenimiento que las estructuras de acero.. Estructuras fundidas in-situ construidas sobre tráfico requerirán una formaletería bastante compleja y detallada debido a las aberturas que deberán ser colocadas para permitir el flujo vehicular. Debido a la lejanía y la dificultad de acceso de ciertos sitios de construcción de puentes, deben considerarse las dificultades para traslado de materiales, maquinaria y mano de obra para la construcción o ensamble de la superestructura de un puente. Cuando se usa la AASHTO LRFD (Base de el CCP200-94), se puede evidenciar que para losas se utiliza el mismo refuerzo para luces entre vigas de 4.1 metros. Debido a eso existen pocos incrementos en costos de la losa por mayor espaciamiento entre vigas en un puente. Esto permite usar MENOS vigas, lo que por obvias razones implicará menores costos directos al momento de la construcción de dicho puente.. 41.

(42) ICIV 201110 07 6.3. ESTETICA EN PUENTES: Si se reconoce que el diseño conceptual de un puente comienza en la mente del Ingeniero Estructural, solo necesitamos convencernos de que el diseño que concebimos en nuestra mente es inherentemente bello. Hace parte de nuestra naturaleza desear cosas atractivas a nuestros sentidos.. Al momento de diseñar una estructura como un puente se tienen en cuenta diferentes factores que no siempre siguen un orden de prioridad establecido pero que en últimas siempre están presentes en algún orden lógico para el caso determinado. A pesar de que dependiendo de los factores relevantes específicos de un proyecto este puede tener un orden de prioridad establecido, existe un orden de prioridad convencional que se cumple al menos en los primeros 4 puntos, el cual se muestra a continuación:. Seguridad Economía Capacidad de Servicio Capacidad o facilidad constructiva. Y así sucesivamente, en algún lugar de esta lista encontraremos la estética. Es importante concientizar a los ingenieros y alejarlos de la teoría que dice que el mejoramiento de la estética conlleva a incrementos en los costos de los puentes. Menn (1991) afirma que el costo adicional que conlleva tener en cuenta buenas prácticas estéticas en un puente es de aproximadamente 2% para luces pequeñas, y solo del 5% para luces grandes.. Es un error creer que el contribuyente público no está dispuesto a gastar más dinero en mejorar la apariencia de un puente. Dada una posibilidad de decisión, incluso con un modesto aumento del costo inicial, el contribuyente preferirá el puente que tiene una apariencia más agradable.. 42.

(43) ICIV 201110 07 7. CARACTERISTICAS DE LOS TIPOS DE SUPERESTRUCTURA10:. 7.1. LOSA MACIZA:. Costo:. Es. la. estructura. más. económica. para. luces. de. hasta. aproximadamente 12 metros.. Construcción: Es el tipo de estructura con forma y detalles más simples de todos.. Apariencia: Elegante y simple. Deseable para luces cortas. (Ver FIGURA No. 7-1). Estructural: Se tienen estandarizados los procesos de diseño. No es necesario realizar un análisis de esfuerzos detallado, excepto para luces muy poco comunes.. FIGURA No. 7-1: TIPO LOSA MACIZA. 10. CALTRANS, Bridge Design Aids Capítulo 10. 43.

(44) ICIV 201110 07 7.2. VIGA ³T´O ³,´(1&21&5(725()25=$'2:11. Costo: Generalmente económicas para luces entre 12 y 18 metros aproximadamente.. Construcción: Difícil forma constructiva, particularmente para estructuras con ángulos de esviaje.. Apariencia: No muy deseable en una vista desde abajo. Profundidad de las vigas es igual a las vigas cajón. (Ver FIGURA No. 7-2). Estructural: Requiere un análisis detallado de esfuerzos. Relación profundidad de la viga/ Luz: 0.070 para luces simples y 0.065 para luces continuas Otros: Usado principalmente para cruces sobre corrientes de agua. No debe ser usado para cruzar corrientes que carguen muchos sedimentos y se debe proveer que exista un galibo de mínimo de 1.8 mts. a la línea de máxima creciente de la corriente.. FIGURA No. 7-2: TIPO VIGA T. 11. CALTRANS, Bridge Design Aids Capítulo 10. 44.

(45) ICIV 201110 07 7.3. VIGA CAJÓN (FUNDIDA IN-SITU EN CONCRETO REFORZADO):12. Costo: Costos levemente superiores que una viga T, excepto para luces superiores a 18m. Usado para luces entre 15.5m y 37m. No se recomienda su uso en luces simples superiores a 30m debido a excesivas deflexiones por carga muerta (peso propio). Usualmente son más económicas que las vigas metálicas y que las vigas en concreto presforzado.. Construcción: Acabado rugoso, satisfactorio para las superficies interiores de los cajones. El método constructivo para puentes esviados es más simple que las vigas T, pero aun así sigue siendo complicado.. Apariencia: Buena apariencia desde todas las direcciones. Encierra en sus cajones internos las ducterías y conductos de servicios públicos. (Ver FIGURA No. 7-3). Estructural: Requiere un análisis detallado de esfuerzos. Su relación Profundidad de la viga/Luz es: 0.060 para luces simples y 0.055 para luces continuas. Tiene una altísima resistencia torsional que lo hace bastante deseable para alineamientos curvos.. Otros: Se considera excelente para aéreas metropolitanas. FIGURA No. 7-3: VIGA CAJON EN CONCRETO REFORZADO. 12. CALTRANS, Bridge Design Aids Capítulo 10. 45.

(46) ICIV 201110 07 7.4. VIGA CAJÓN (FUNDIDA IN-SITU PREESFORZADA):13. Costos: Casi igual que una viga cajón convencional en concreto reforzado. Es usado usualmente para luces de hasta 182m.. Construcción: Igual que una viga cajón convencional, es decir mantiene el mismo método constructivo.. Apariencia: Tiene una mejor apariencia que las vigas cajón convencionales en concreto reforzado ya que tienen debido a su presfuerzo una profundidad menor para control de deflexiones. Además de esto mantiene todas las otras cualidades de las vigas cajones convencionales.. Estructural: Requiere un análisis detallado de esfuerzos. Tiene relaciones de profundidad/Luz de: 0.045 para luces simples y 0.040 para luces continuas. Tiene una alta resistencia torsional que hace que su uso sea deseable para alineamientos curvos. Debido a su presforzamiento tiene deflexiones por carga muerta mínimas. Su uso es considerable para luces simples inferiores a 30m. Se debe considerar el acortamiento a largo plazo producido por el presforzamiento.. Otros: Excelente para áreas metropolitanas. Puede ser usado en combinación con vigas cajón convencionales en estructuras largas con luces variables, para mantener una profundidad constante de la estructura.. 13. CALTRANS, Bridge Design Aids Capítulo 10. 46.

(47) ICIV 201110 07 7.5. LOSAS DE CONCRETO PREESFORZADO:14 7.5.1 Fundidas in-situ: Costo: Más costosas que las losas de concreto reforzado.. Construcción: Método constructivo más dificultoso que las losas se concreto reforzado.. Apariencia: Igual a la losa de concreto reforzado. Estructural: Usado para luces superiores a 20m. Recomendadas para. condiciones. donde. se. hacen. necesarias. relaciones. profundidad/luz muy pequeñas. Pueden ser usadas tanto para luces simples como continuas. La relación profundidad/luz es de 0.030 tanto para luces simples como luces continuas.. 7.5.2. Prefabricadas:. Costos: Este tipo de estructura es económica cuando en el puente están involucradas varias luces.. Construcción: Forma constructiva y detalles bastante simples. Se utilizan métodos de estandarización de procesos, por lo que se consiguen ya prediseñadas.. Estructural: Existen planos estándar para losas tubulares de luces entre 6 y 15 metros.. 14. CALTRANS, Bridge Design Aids Capítulo 10. 47.

(48) ICIV 201110 07 7.6. VIGAS EN CONCRETO PREESFORZADO (PREFABRICADAS):15. Costos: Tiene costos competitivos con las vigas metálicas. Generalmente tiene costos superiores a los de vigas de concreto reforzado de la misma relación profundidad/luz.. Construcción: Requiere un manejo adecuado y cuidadoso después de su fabricación.. Apariencia: Apariencia similar a las vigas T. Para alineamientos curvos se usan vigas rectas, lo que hace que su apariencia no sea deseable para este tipo de puentes. (Ver FIGURA No. 7-4). Estructural: Es aplicable a luces entre 9 y 46 metros. Existen planos HVWiQGDU SDUD YLJDV ³'REOH 7´ H ³,´ HQ OD WRWDOLGDG GHO UDQJR GH OXFHV anteriores. Requiere un análisis detallado para determinar la fuerza de preesforzado, la resistencia del concreto y el peralte.. FIGURA No. 7-49,*$7,32³,´(1&21&5(7235((6)25=$'2. 15. CALTRANS, Bridge Design Aids Capítulo 10. 48.

(49) ICIV 201110 07 7.7. SUPERESTRUCTURAS DE VIGAS EN ACERO:16 Los puentes metálicos son estructuras imponentes que se construyen con rapidez. Sin embargo, tiene un alto costo y además se encuentran sometidos a la acción corrosiva de los agentes atmosféricos, gases y humos de las ciudades y fabricas. Por ello, su mantenimiento es más costoso17.. Nota: Debido a las muchas posibilidades de errores en la soldadura y los detalles, los cuales pueden terminar en fallas por fatiga, las vigas en acero tienen una alta dificultad constructiva y deben ser construidas con altos estándares de calidad.. Costo: Utilizable para luces entre 18 y 90 metros. Competitivo en costos cuando es necesario construir superestructuras ensambladas, siendo similar en costos a las vigas prefabricadas de concreto.. Construcción: El transporte de las vigas metálicas prefabricadas puede ser un problema importante al momento e considerar la utilización de este tipo de superestructura.. Apariencia: Puede ser construido para lucir atractivo. Permite realizar vigas curvas para seguir un alineamiento de la vía de este tipo.. Estructural: Este tipo de estructura tiene baja carga por peso propio, la cual puede ser importante cuando las condiciones del suelo de fundación son deficientes. La relación profundidad/Luz es: 0.060 para luces simples y 0.045 para luces continuas. 16. CALTRANS, Bridge Design Aids Capítulo 10 Aguirre C., Figueroa A., Análisis técnico-económico entre proyectos de construcción de estructura metálica y hormigón armado, EPN 2008.. 17. 49.

(50) ICIV 201110 07 FIGURA No. 7-5: ESTRUCTURA DE VIGAS METALICAS. 50.

(51) ICIV 201110 07 7.8. VIGA CAJÓN EN ACERO:18 Nota: Debido a las muchas posibilidades de errores en la soldadura y los detalles, los cuales pueden terminar en fallas por fatiga, las vigas cajón de acero solo debe ser usada en circunstancias específicas.. Costo: Utilizable para luces entre 18 y 150 metros. Más costoso que las YLJDV ³,´ SHUR PiV HFRQyPLFDV HQ VX UDQJR GH OXFHV VXSHULRU GRQGH OD profundidad debe ser limitada.. Construcción: Tiene una muy complicada elaboración de las soldaduras y de los detalles de las mismas.. Apariencia: Generalmente agradable, y mucho mejor que las vigas metálicas o las vigas en concreto prefabricadas. (Ver FIGURA No. 7-6). Estructural: Generalmente se utilizan múltiples cajones para luces de hasta 61metros,. y. un. cajón. sencillo. para. luces. mayores.. La. relación. profundidad/Luz es: 0.045 para luces continuas y 0.060 para luces simples.. FIGURA No. 7-6: VIGA CAJÓN EN ACERO. 18. CALTRANS, Bridge Design Aids Capítulo 10. 51.

(52) ICIV 201110 07 8. DATOS. ESTADISTICOS. SOBRE. SUPERESTRUCTURAS. DE. LOS. PUENTES PERTENECIENTES A LA RED VIAL NACIONAL: En el estado de California, Estados Unidos, se han adelantado investigaciones pertinentes sobre las características de las diferentes superestructuras de puentes que pueden llegar a ser utilizadas al momento de realizar a un puente. En sus investigaciones CALTRANS ha llegando a conclusiones significativas sobre las luces dentro de las cuales es más conveniente la utilización de un determinado tipo de superestructura.. Los factores fundamentales usados para la investigación fueron los costos por metro cuadrado de estructura construida y la determinación de funcionamientos adecuados para las solicitaciones de carga. Debido a que el diseño y construcción de puentes hace parte de una política del estado tendiente al mejoramiento de la conectividad entre ciudades y de la calidad de vida de los ciudadanos, es importante tener en cuenta que los costos son sin duda la parte más importante dentro de este análisis, es por esto que CALTRANS basó su investigación principalmente en la determinación de las estructuras más económicas dentro de un rango de luces determinado.. Con base en estos estudios realizados por CALTRANS, a continuación se hace una aproximación a la utilización de estas recomendaciones en Colombia. El siguiente análisis se hace con base a los datos del Instituto Nacional de Vías (INVIAS), subdirección de la Red Nacional de Carreteras ³Puentes de la Red Vial Nacional, Sistema de Administración de puentes Colombianos (SIPUCOL).´. 52.

(53) ICIV 201110 07 8.1. APLICACIONES DE LAS RECOMENDACIONES DE CALTRANS EN COLOMBIA: Clasificando los puentes según su luz tenemos que en la Red Vial nacional la distribución es la siguiente (Ver TABLA No. 8-1):. TABLA No. 8-1: CLASIFICACIÓN PUENTES EN COLOMBIA SEGÚN LUZ Datos Generales CANTIDAD PUENTES (BOX) LUZ < 6M CANTIDAD PUENTES LUZ PEQUEÑA (0 < L M) CANTIDAD PUENTES LUZ MEDIANA (15 < L<50M) CANTIDAD PUENTES LUZ GRANDE (/150M) CANTIDAD DE PUENTES CON LUZ ESPECIAL ( L > 150M). 97 1039 1503 151 9. De los Dos mil setecientos noventa y nueve (2799) puentes en Colombia pertenecientes a la Red Nacional de Carreteras y que se encuentran inventariados por el SIPUCOL, el 53.7% son de Luz Mediana, el 37.1% son de Luz Pequeña y el 5.4% de Luz Grande. Además existen 9 puentes con luces superiores a ciento cincuenta metros que se consideran especiales. (Ver FIGURA No. 8-1). Para una clasificación más detallada se utilizarán las recomendaciones dadas por CALTRANS para la selección de la superestructura según su luz y se hará una comparación con los puentes ya construidos para conocer que tanto se cumplen estas recomendaciones.. Con esto se busca llegar a una aproximación sobre las características de Colombia y su adaptabilidad a las recomendaciones suministradas por CALTRANS para la selección del tipo de superestructura de puentes.. .. 53.