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CONSTRUCCIÓN

Puentes Elementos estructurales

NOMBRE: CARRERA: ASIGNATURA: PROFESOR: FECHA:

Partes que conforman un puente Para poder estudiar y conocer un puente lo dividiremos en dos partes principales importantes, que son la superestructura y la infraestructura, definiendo en cada una de ellas los elementos que la conforman y finalmente las obras accesorias Superestructura Corresponde a la estructura superior de un puente y está conformada por todos los elementos que reciben directamente la carga que transita por ellos. Los elementos principales que la conforman son: Las vigas

Travesaños

Arrostramientos,

Tablero de resistencia, Rodado Pasillo, Barandas, Dispositivos de apoyo tales como placas de neopreno, rodillo y rótulas.

INFRAESTRUCTURA: Corresponde a la estructura que recibe la carga que le transmite la superestructura y la lleva por medio de las fundaciones al terreno natural. Los principales elementos que componen la infraestructura son: los estribos, ubicados en los extremos del puente, las cepas que son los elementos estructurales intermedios; ambos elementos están conformados por la fundación y la elevación. Los estribos además tienen alas de contención de accesos.

OBRAS ACCESORIAS: Corresponden a todas las obras que prestan utilidad al puente y son los accesos y las defensas. Las DEFENSAS, son obras de protección del puente y sus accesos, generalmente van colocadas alrededor de los estribos y por los costados de los accesos o de las riberas cercanas al puente. Estas pueden ser de varios tipos y las más usadas son las defensas de enrocados, gaviones y patas de cabra. Los ACCESOS son obras necesarias para conectar el puente con el camino tales como terraplenes, rellenos estructurales y losas de acceso y en algunos casos, cortes en el terreno natural.

FUNDACIONES

La infraestructura de un puente está formada por las fundaciones y las elevaciones. Las fundación es un elemento estructural que permite repartir todas las cargas solicitantes del puente al suelo natural.

O sea, el peso del vehículo que transita por el puente más el peso de la superestructura con todos sus elementos que la componen y el peso de las elevaciones, descansa sobre estos elementos llamados fundaciones, los cuales entregan al suelo natural toda esa carga, para que en forma repartida éste la soporte.

MATERIALES MÁS UTILIZADOS EN FUNDACIONES:

MADERA: Tiene un excelente comportamiento siempre que esté totalmente sumergida bajo el agua En cambio si queda sometida a cambios constantes de humedad y sequedad, la madera es fácilmente atacada por hongos, bacterias o termitas, las que al dañar las piezas de madera, le van quitando su capacidad y poder estructural y por lo tanto la resistencia al peso va disminuyendo.

ACERO: Son fundaciones de mayor estabilidad que la madera , pero presentan el inconveniente que hay que pintarlas para protegerlas de la agresividad del medio ambiente, sobretodo donde hay agua salada, salvo que se use acero inoxidable.

HORMIGÓN: Ya sean de hormigón simple o armado, son las fundaciones que presentan la mayor estabilidad, ya que el medio ambiente prácticamente no las afecta CLASIFICACIÓN DE LAS FUNDACIONES:

Existen varios sistemas que se utilizan para construir y conformar las fundaciones de los puente y se le puede clasificar en: 1.-

Fundación directa, y

2.-

Fundación de pilotajes

1.-

FUNDACIÓN DIRECTA:

Son aquellas que se construyen directamente sobre el terreno natural, mediante el uso de elementos prefabricados, para alcanzar la cota de fundación mediante excavaciones en el terreno, dejando por lo tanto el suelo abierto. Este tipo de fundaciones a su vez se subdividen en tres tipos que dependen del tipo de suelo en donde se ven a construir: a).-En seco, es la de mayor simplicidad, ya que requiere de la excavación directa del suelo para posteriormente colocar la fundación. Se puede usar cuando el terreno no es

inundado por las aguas y cuando existen napas subterráneas que están por debajo del sello de fundación. Si el terreno excavado no es autosoportante, es decir, se derrumba fácilmente, se hace necesario sobreexcavar en 50 cms, mínimo al lado de cada cara y proceder a entibar con madera, para luego colocar moldajes en el caso del hormigón. También es posible ejecutar la excavación con un talud de manera que se evite posibles derrumbes y así se evita la entibación. La sobreexcavación es necesario rellenarla posteriormente y compactada hasta obtener una densidad similar a la del terreno. La cota final de la excavación se define una vez hecha ésta, después de verificar que el terreno natural sea apto para fundar. Una vez lista la excavación se rellena con hormigón.

b).-Con agotamiento, este tipo de fundación se produce cuando la excavación sobrepasa el nivel de la napa de agua, por lo tanto se hace necesario extraer el agua del interior por medio de bombas. El proceso de extraer el agua del interior de la excavación, se conoce con el nombre de AGOTAMIENTO. Esto consiste en secar para poder ejecutar la excavación con facilidad. El procedimiento constructivo de ejecución de una fundación directa con agotamiento consiste en la construcción de un cajón de hormigón armado que se va hincando por peso propio a medida que se excava en su interior. Cuando existe dificultad de transporte o de accesos y se hace difícil el aprovisionamiento de materiales se puede hacer en algunos casos un cajón de madera, contra el que se hormigona finalmente. c).-Con cámaras de aire comprimido o fundaciones neumáticas, es una fundación directa de cajón consistente en un dragado a través de una campana invertida a la cual se le introduce aire a presión para desalojar el agua y poder trabajar en su interior. Este tipo de fundación se usa cuando la altura del agua hace imposible trabajar desde afuera.

FUNDACIÓN DE PILOTAJE Cuando el suelo de fundación es de mala calidad o está muy profundo (aguas superiores a 4 metros ), se utiliza el sistema de fundación con hincamiento de pilotes. Este sistema consiste en clavar o hincar pilotes contra el suelo, hasta que éstos queden afirmados sobre terreno firme o se produce su rechazo, es decir, que el pilote prácticamente no puede penetrar. Estos pilotes se sustentan en el suelo por el roce que el terreno produce, que se llama resistencia por roce y por la resistencia por punta, que es la reacción que el terreno opone al pilote en su extremo. Para hincar un pilote se usa lo que se llama martinete, que es una maquinaria especialmente diseñada para estos efectos.

TIPOS DE PILOTES: a).- Madera: Por lo general se usa en puentes de caminos comunales secundarios, ya que la madera es poco durable y se pudre con facilidad cuando está afectada por los cambios de nivel de agua ,es decir, cambios alternativos de sequía a humedad. Debe estar en lo posible todo el tiempo bajo el agua.

Maderas mas usadas: Troncos de eucaliptus descortezados o., piezas de coigue de 14” x 14” labradas. El inconveniente de los pilotes de madera es su longitud, ya que escasamente sobrepasan los 10 mts. En caso de que la longitud, sea menor que lo necesario, se deberá hacer un empalme con otra pieza de madera para producir un pilote más largo. Para producir la amarra de ambas piezas, se debe reforzar con pletinas y pernos en el ensamble. Para facilitar la penetración del pilote en el terreno y protegerlo de los golpes ,se lo protege con AZUCHE metálico en la punta y una funda o casquete en la cabeza. Un pilote de madera debe ser capaz de soportar una carga de entre 15 a 30 toneladas

b).-Hormigón : Se pueden hacer circulares o cuadrados y de distintas dimensiones o distintos diámetros. Su durabilidad es mucho mayor, posee mayor poder soportante , que su capacidad aumenta de 35 Ton. a 150 Ton. por cada pilote. Los pilotes de hormigón pueden ser prefabricados o moldeados “in situ”. Los fabricados “in situ” pueden tener mayor sección y alcanzan dimensiones de 80 x 80 cms, como es el caso de los pilotes Benotto. En el caso de utilizar pilotes moldeados in situ, su sistema consiste en excavar con tubos de acero hasta la profundidad necesaria y luego rellenar por el interior del tubo con hormigón y armadura de acero. Simultáneamente con esto se va extrayendo el tubo de acero para recuperarlo. La desventaja de este sistema es que se trabaja a ciegas y la presión del terreno puede producir estrangulamiento y, por lo tanto dejar el hormigón cortado en esa zona. Una vez terminado el pilote no hay forma de conocer las condiciones en que quedó éste.

c).-Metálicos: Estos pilotes son de acero y pueden ser de rieles de ferrocarril o tubos yoder. El pilote de riel puede ser, de acuerdo a la necesidad, de riel simple, doble o triple. El riel que generalmente se usa es del tipo C que pesa 3,5 kgs., por cada metro lineal y su sección es de 50 cm2.- Su capacidad de soporte es de 70 ton. por cada riel, siendo un sistema de fácil manejo e hincado. La desventaja del riel como todos los pilotes de acero es que es caro y oxidable.

Para unir un riel con otro se usa soldadura, de manera que forme una sola pieza y todos los rieles trabajen en conjunto. Cuando la profundidad de hincado es mayor que la longitud del riel, se agrega mayor cantidad para alargarlo y se unen de tope con soldadura.

Tubo Yoder: El tubo yoder es un tubo de acero que se fabrica en largos de 8 a 12 mts. El más usado de estos tubos es el de 12¾” de diámetro y 8 mm de espesor. Para hincar el tubo es preciso colocarle un AZUCHE metálico, el que puede ser cónico o piramidal. El objetivo del azuche es proteger la punta del pilote, pero tomando en cuenta que en este caso es hueco y las paredes son deformables, se debe rellenar con hormigón el extremo y así rigidizarlo. ELEVACIONES Para definir en forma simple, diremos que las elevaciones son elementos estructurales que unen las fundaciones con la superestructura. Estos elementos se llaman CEPAS O MACHONES, cuando van ubicados en el sector intermedio del puente. Cuando van ubicados en los extremos, se les llama ESTRIBOS

CEPAS: La función de las cepas consiste en poder dar la altura necesaria al puente, definida por la rasante del camino y por el nivel de aguas máximas, además de transmitir la carga de los vehículos y el peso de la superestructura del puente a las fundaciones. Las cepas tienen su menor dimensión expuesta contra la corriente de las aguas para oponer la menor resistencia al curso de ellas.

ESTRIBOS Básicamente un estribo esté, formado por una elevación o muro y sus alas que van por ambos costados. Su función, aparte de recibir la carga que le transmite la superestructura, consiste también en contener y soportar el empuje de los rellenos de los accesos al puente. Las alas y el muro además, impiden el socavamiento del terraplén cuando suben las aguas a sus niveles máximos.

ESTRIBOS DE MADERA Los estribos de madera están formados por un sistema de estructuras y dimensiones similares a una cepa a la cual se le agrega un muro de tablones de 3 x 8”, clavados de canto uno sobre otro, igual que el del muro frontal. ESTRIBOS DE HORMIGÓN: Consiste en una elevación o muro de hormigón armado que descansa sobre la fundación a la cual transmite su carga. Este muro lleva en su parte superior dos asientos o apoyos que sirven, uno para apoyarlas vigas y el otro para apoyar la losa de acceso. A sus costados llevan las alas cuya única fundación es dotar al puente de muros de contención del terraplén de acceso. ESTRIBOS MIXTOS: Están compuesto por una mezcla de fierro, madera y hormigón.

SUPERESTRUCTURAS DE PUENTES

Corresponden a la estructura formada por las vigas, tablero resistente. pavimento, pasillos y barandas.

De acuerdo al tipo de materiales usados se pueden clasificar en: a).-

De maderas

b).-

De hormigón armado

c).-

De hormigón pre-tensado

d).-

Metálicas

e).-

Mixtas : la que a su vez pueden ser: 1.- Metálicas-hormigón Armado. 2.- Metálicas-madera 3.- Hormigón - hormigón armado

SUPERESTRUCTURAS DE MADERA: La totalidad de sus elementes son de madera. La madera pese a ser el materia de construcción más antiguo , se mantiene hoy en día entre los más usados, ya que sus ventajas son: económicas (bajo costo), de fácil aplicación y de peso reducido, por lo que las construcciones resultan fáciles de aunar. Se pueden desarmar y volver a aunar en otro lugar.

Desventajas o defectos: Es un material orgánico, por lo tanto es factible de ser atacado por hongos y termitas. Es un material fácilmente combustible. Su duración es limitada dependiendo del clima y del tratamiento protector que se le dé. Entre las maderas más usadas están el roble, el coigue y el eucaliptus. Selección de la madera: Es de mucha importancia seleccionar bien las maderas que se empleara en la construcción o reparación de un puente, mejorando con esto la capacidad de soporte de cargas y su durabilidad o vida útil. Los anchos de calzada de 6 y 7,20 metros, tendrán dos carriles de diseño, cada uno igual a la mitad del ancho de la calzada Las bermas es la porción contigua al carril que sirve de apoyo a los vehículos que se estacionan por emergencia. Su ancho varía de un mínimo de 0,60 m a 1,8 y hasta 2,4 m Las veredas son vías para el flujo peatonal, deben estar separadas de la calzada adyacente por un cordón de tachas o barreras new jersey o barandas, sus anchos esta entre 0,50 a 1,0 m cero reforzado con rigidizadores sobre el quese coloca un material asfáltico de 2” como superficie de rodadura.El tablero ortotrópico de acero es mucho más caro que la losa de concreto, pero por su menor peso resulta conveniente en los puentes de grandes luces. Al disminuir el peso del tablero se mejora la capacidad sismoresistente del puente.En los puentes provisionales en lugar de la losa de concreto se utiliza tablonesde madera. Accesorios del tablero: Un puente forma parte de una facilidad de transporte y comotal, el tablero debe satisfacer los requisitos de funcionalidad, que se establecen en las Normas y Especificaciones correspondientes; es por ello que por ejemplo, en el tablerose deben colocar elementos accesorios como veredas, barandas, etc., que en generalconstituyen carga muerta adicional. En los puentes de ferrocarril se coloca balasto,durmientes y rieles; y en los puentes para trenes eléctricos de transporte rápido masivolos rieles se colocan sin utilizar balasto generalmente, con lo que se reduce el pesomuerto y bajan los costos de mantenimiento. 2. LA ESTRUCTURA PRINCIPAL.Se denomina así, al sistema estructural que soporta al tablero y salva el vanoentre apoyos, transmitiendo las cargas a la subestructura. Según el tipo del sistema estructural principal, los puentes se clasifican en: A) Puentes tipo Viga Los puentes tipo viga constituyen el esquema estructural más simple. En estetipo de puentes, las cargas principales de la superestructura se transmiten a lasubestructura a través de los apoyos como reacciones verticales. Los esfuerzos primarios en los puentes tipo viga son de flexión. B) Puentes tipo Pórtico

La principal característica de los puentes tipo pórtico es la unión rígida entre lasuperestructura y los pilares y/o estribos.Con la técnica de la construcción por volados sucesivos, actualmente seconstruyen puentes cuyo esquema estructural final es aporticado pero que durante la

construcción se comporta como una estructura isostática para soportar el peso propio ylas cargas durante la construcción. C) Puentes en Arco El arco se caracteriza por el hecho de que gracias a su forma es capaz detransmitir las cargas trabajando en un estado en el que los esfuerzos primarios son decompresión. Los puentes en arco se han construído en mampostería de piedra, hierro,acero y concreto. Actualmente, el concreto es el material más utilizado en los puentesen arco por su alta capacidad resistente a la compresión.La solución en arco se recomienda cuando se dispone de buenas condiciones decimentación en los arranques, y el rebajamiento es el adecuado. D) Puentes Reticulados En este tipo de puentes, la estructura principal está conformado por dosreticulados planos paralelos. El tablero está constituído por una losa que se apoya envigas transversales que transmiten las cargas a los nodos de los dos reticuladoslongitudinales. Adicionalmente puede ser necesario colocar elementos dearriostramiento lateral a los reticulados, y en las zonas de los apoyos colocar portales para resistir las fuerzas transversales horizontales de viento y sismo. E) Puentes Colgantes En el puente colgante la estructura principal lo constituyen los cables curvos quesoportan las cargas y transmiten a las torres y a los macizos de anclaje. Los cablessostienen el tablero por medio de tirantes denominados péndolas. El cable principal esrigidizado por la viga de rigidez. En los puentes colgantes clásicos, la viga de rigidez seforma basándose en reticulados, mientras que en los puentes europeos modernos seviene utilizando vigas ortotrópicas de sección cajón de forma aerodinámica. F) Puentes Atirantados En los puentes atirantados el tablero está suspendido por medio de varios cablesinclinados que se fijan en las torres. La forma que se le puede dar a la torre o pilón deapoyo y a la disposición de los cables es muy variada. Inicialmente en los puentesatirantados, el tablero era totalmente de acero, en la actualidad se viene utilizando en ungran porcentaje el concreto preesforzado. Por su versatilidad, eficiencia estructural y belleza, los puentes atirantados son considerados los puentes del futuro.Según la sección transversal de la superestructura, los puentes pueden ser muy variados,algunos de ellos pueden ser:- Puentes losa de sección maciza o aligeradaPuentes de vigas T- Puentes de sección cajón- Puentes de sección compuesta- Puentes de losa de concreto con reticulado especial

CONSTRUCCION DE SUPERESTRUCTURAS1.- TIPOS DE SUPERESTRUCTURAS

La construcción de la superestructura de un puente depende del tipo desuperestructura. Establezcamos pues estos tipos básicos: Puentes Metálicos: - Simplemente apoyados, reticulados o de alma llena.- Continuos, reticulados o de alma llena.- Arcos.- Atirantados.- Colgantes. Puentes de Concreto: - Simplemente apoyados.- Continuos.- Pórticos.- Arcos. 2.- METODOS DE CONSTRUCCION A) FALSO PUENTE: Aplicable a todos los tipos de estructuras. Consiste en un entramado de madera ometálico que se eleva desde el cauce del río hasta el nivel inferior de la superestructura,sirviendo de apoyo al encofrado del concreto o a los elementos metálicos que formen lasuperestructura. Alternativamente en casos de rasantes bajas y si el cauce lo permite, elentramado puede sustituirse con un relleno. El falso puente debe permitir el paso delagua durante la época de construcción, para lo cual deben proveerse los apoyosadecuados. En algunos casos, cuando el nivel del agua es constante, estos apoyos hansido flotantes. Este método ha sido extensamente usado siendo su principal ventaja laausencia de equipo especializado para su construcción. B) ERECCION DE VIGAS PREFABRICADAS : Consiste en la colocación sobre sus apoyos de vigas completas con ayuda de unagrúa. La posibilidad de ubicación de la grúa, su potencia y longitud de brazo, limitanordinariamente la longitud de la viga por colocar a longitudes de no más de 40 m. y a pesos no más de 60 ton. El método es más rápido (hasta diez vigas diarias) y nointerfiere con la vía inferior, lo cual lo hace especialmente adaptable al caso de puentessobre vías en actual uso. C) LANZAMIENTO DE VIGAS PREFABRICADAS : El lanzamiento de puentes es un método extensamente usado en la construcciónde puentes metálicos y también aunque menos frecuentemente en la construcción de puentes de concreto. Puentes Metálicos: El lanzamiento tiene dos variantes...