FACULTAD DE INGENIERÍA U.B.A. Departamento Construcciones y

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Departamento Construcciones y
Estructuras
HORMIGÓN II – 74.05
Clase Nº: 2
Preparó:
R.P.
Rev.
Fecha: 03/05
A
PUENTES - GENERALIDADES
DEFINICIÓN
Definiremos como Puente a una construcción que permite salvar un obstáculo que se presenta
en una determinada vía de comunicación. Debe entenderse en un sentido amplio, de tal forma
que esta vía puede ser desde un camino peatonal hasta un oleoducto.
CLASIFICACIÓN
Los puentes se pueden clasificar de diversas formas, por ejemplo
Destino o uso:
Carretero, ferroviario, peatonal, mixto, puente
canal, etc.
Tipo del obstáculo a salvar
Río, arroyo, brazo de mar, caminos o vías férreas,
precipicios, etc.
Zona de emplazamiento
Rural, urbana, semiurbana o periférica.
Por sus dimensiones relativas
Grandes luces, luces moderadas, luces reducidas
(alcantarillas)
Características estáticas
Tramos isostáticos, vigas continuas, en arco,
colgantes, atirantados
Características constructivas
Construidos in situ, prefabricación parcial o total,
voladizos sucesivos, rotados, empujado, etc.
Podríamos seguir catalogando a los puentes de acuerdo a un sinnúmero de variables de diseño
o proyecto
•
Materiales
•
Geometría
•
Ubicación altimétrica
•
Etc., etc.
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Puentes Generalidades Puente Carretero.doc
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PARTES GLOBALES DE UN PUENTE – TERMINOLOGÍA
Definiremos a continuación las partes constitutivas de un puente, con la terminología habitual en
nuestro país. Esta descripción es aplicable en términos generales, a cualquier tipo de puente de
acuerdo a las diversas clasificaciones antes desarrolladas. Es decir, en forma absolutamente
independiente de si se trata de un puente metálico o de hormigón, o si es un puente de luces
moderadas o grandes.
La obra de un puente pude dividirse básicamente en:
•
Puente propiamente dicho
•
Accesos
Los accesos pueden ser terraplenes o constituir en sí otras estructuras de puentes.
Dentro del puente distinguimos dos partes:
•
La Superestructura, constituida por todos los elementos estructurales o constructivos,
que forman parte de la obra que salva el obstáculo permitiendo el tránsito sobre la
misma. Este conjunto se denomina “tablero”.
•
La
Infraestructura, formada por todas las estructuras que dan apoyo a la
superestructura, llevando las cargas al suelo. Dentro de la infraestructura consideraremos
incluidas a las fundaciones. Los apoyos intermedios se denominan “pilas”, en tanto los
extremos, que sirven como identificación con los terraplenes de acceso, se denominan
“estribos”.
Existen elementos intermedios entre ambas partes, llamados Dispositivos de Apoyo, a través de
los cuales se transmiten las acciones de una a otra.
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ACCESO
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ACCESO
PUENTE PROPIAMENTE DICHO
SUPERESTRUCTURA
DISPOSITIVOS DE APOYO
ESTRIBO
IDENTIFICACION
CON TERRAPLEN
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INFRAESTRUCTURA
PILA
APOYOS
INTERMEDIOS
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DISEÑO BÁSICO DE UN PUENTE
LUCES TOTALES Y PARCIALES
En el diseño de un puente inciden diversos factores: el tránsito que deberá circular, el tipo de
obstáculo a salvar, las condiciones del terreno (planialtimetría, cota de fundación, capacidad
soporte), el clima (viento, sismo, nieve, etc.), y el aspecto técnico y económico (tecnología y
disponibilidades constructivas).
Estos factores definirán la longitud total del cruce, llamada Luz Total (LT).
El tablero se encuentra fundamentalmente sometido a flexión en sentido longitudinal. Debido a
que el momento flexor aumenta con el cuadrado de la luz, el costo del tablero crece muy
rápidamente al aumentar la misma.
M = f(L²)
Para que el puente no se encarezca demasiado, se divide la longitud total en varios tramos,
llamados cada uno de ellos Luz Parcial (LP), de la que dependerá el costo del tablero.
M = f(Lp²)
Si el número de tramos aumenta demasiado, se encarece el costo de las estructuras de apoyo,
ya que aumenta su cantidad sin disminuir en la misma proporción las dimensiones de éstas. La
solución mas económica será obviamente la que corresponde a una luz de tramo que haga
mínimo el costo de la superestructura más el costo de las estructuras de apoyo. En general, se
encuentra cercana a aquel valor de Lp que hace que el costo de la superestructura sea del
mismo orden que el de la infraestructura de apoyo.
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TIPOS ESTRUCTURALES DE TABLEROS
Independientemente de cuestiones de diseño o constructivas, para cada rango de luces a
salvar, existen determinados tipos estructurales de tableros que mejor se adaptan a los mismos.
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PUENTE CARRETERO DEL TRABAJO PRÁCTICO
El objeto del Trabajo Práctico de nuestro curso es el de proyectar un puente para tránsito
vehicular, perteneciente a la red Vial Nacional, que salva un obstáculo constituido por un río no
navegable con cauce extendido, con moderado desnivel del terreno. Este es un caso típico de
cruce de un río de llanura, muy común en la pampa húmeda.
SUPERESTRUCTURA DEL PUENTE CARRETERO
El tablero está compuesto por la losa sobre la que circula el tránsito, las vigas principales
dispuestas en sentido longitudinal y las vigas de arriostramiento en sentido transversal. Todos
éstos son elementos estructurales. Existen además otros elementos constructivos no
estructurales
que cumplen otras funciones: veredas, barandas, defensas, iluminación,
canalizaciones, etc.
El tipo de superestructura adoptado es habitual en puentes de hormigón pretensado de luces
parciales moderadas del orden de 20 a 40 m.
baranda
guardrail
C.R.
carpeta
asfáltica
vereda
Riostra
Vigas principales
C.F.V.
>1m
C.M.C.
Seccion transversal del tablero
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Cada tramo del puente es isostático. Estructuralmente, el conjunto de vigas principales y
riostras, constituye un “emparrillado” sustentado en los extremos de las vigas principales por
dispositivos de apoyos “armados” de Neopreno.
Riostra
R
LP
VP VP VP VP VP
R
INFRAESTRUCTURA DEL PUENTE CARRETERO
Como vimos anteriormente, los apoyos están constituidos por las “Pilas” y los “Estribos”. Son
estructuras intermedias sobre las que se colocan los dispositivos de apoyo y que transmiten las
cargas al terreno a través de las fundaciones.
Las pilas son apoyos intermedios que se ubican en el cauce principal o en el secundario,
mientras que los estribos son los apoyos extremos que reciben el empuje de los suelos de los
terraplenes de acceso.
En ambos casos se supone que el suelo de fundación no es apto para recibir fundaciones del
tipo directa.
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ASPECTOS REGLAMENTARIOS PARA EL DISEÑO DEL PUENTE CARRETERO
Para el cálculo y dimensionamiento de las secciones estructurales del Puente, se seguirán los
lineamientos del Reglamento CIRSOC 201.
Dado que está destinado al tránsito vehicular, las cargas de servicio están determinadas por el
reglamento de puentes de la Dirección Nacional de Vialidad, denominado “Bases para el
Cálculo de Puentes de Hormigón Armado”.
Haremos un breve comentario respecto de esta Norma y de la actualidad reglamentaria en
nuestro país en general.
La Norma “Bases para el…”, fue elaborada en la década del ´50 del pasado siglo, y está basada
en la antigua normativa Alemana de principios de ese siglo. Dividida en varios capítulos,
contiene disposiciones para el cálculo de resistencia de secciones de Hormigón Armado
basados en hipótesis de linealidad de tensiones y deformaciones (cálculo clásico) y no abarca la
tecnología del hormigón pretensado.
Obviamente obsoleta en lo que a análisis resistente se refiere, sólo se encuentra en vigencia el
“Capítulo A – Cargas de Cálculo”, ya que el conjunto de cargas de diseño a considerar puede
considerarse aceptable. También se utiliza en forma parcial el “Capítulo B – Cálculos de
Resistencia”, en lo que respecta la determinación de anchos de colaboración en losas.
En la actualidad, el cuerpo de Reglamentos CIRSOC está siendo modificado orientándose a la
línea reglamentaria Americana. El objetivo de esta transformación es lograr un cuerpo
reglamentario moderno y coherente. El Reglamento CIRSOC 201 próximo a entrar en vigencia
para estructuras de Hormigón Armado y Pretensado, se basa íntegramente en el Código ACI
318. Sin embargo, este Reglamento no es aplicable a Puentes. Por tal motivo, se encuentra en
elaboración un nuevo Reglamento CIRSOC específico para Puentes basado en la Normativa
Americana AASHTO, coherente con la línea ACI.
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CARGAS ACTUANTES EN EL PUENTE CARRETERO
El reglamento de Vialidad Nacional las clasifica en:
FUERZAS
-
Carga permanente (incluye E suelo).
PRINCIPALES
-
Sobrecarga accidental.
-
Impacto.
-
Temp., contracción, fluencia lenta
FUERZAS
-
Viento.
ADICIONALES (O SECUNDARIAS)
-
Frenado.
-
Esfuerzos en baranda.
-
Frotamiento en apoyos móviles.
-
Asentamientos y desplazamientos de
vínculos.
-
Presión del agua.
-
Choque de objetos y vehículos en
pilares.
-
Sismo.
CARGAS PERMANENTES
Para la determinación de las Cargas Permanentes, el Reglamento fija los pesos unitarios a
considerar para los distintos materiales y estructuras compuestas.
Queda específicamente ANULADO el párrafo de la página 2 donde se permitía una reducción
del 25% en las solicitaciones debidas a las cargas permanentes, siendo obligatorio considerar el
100% de las mismas
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SOBRECARGA ÚTIL O SOBRECARGA ACCIDENTAL
El reglamento define un sistema de cargas actuantes basado en la combinación de la
circulación de un vehículo tipo, denominado “Aplanadora”, y cargas uniformemente distribuidas
en la superficie del tablero. Estas cargas son estáticas, si bien representan la acción de
vehículos.
El reglamento fija distintas categorías de puentes. En nuestro caso adoptamos un puente de
categoría A-30, es decir, con carga de aplanadoras de 30 t., que corresponde a los caminos de
la Red Nacional, sometidos al tránsito de los vehículos más pesados.
Aplanadora Tipo
Las cargas que
transmiten los rodillos
son:
1.50
3.00
1.50
Rd = 13 t
6.00
0.50
2.50
1.20
Rd
Rt
Rt = 8,5 t c/u
Rt
La aplanadora solo se
coloca en la dirección
del tránsito.
1.10
0.50
Se debe disponer sobre el puente una aplanadora por cada faja de circulación (3.00 m de ancho
de calzada) en toda la longitud del puente, desplazándose siempre según el sentido longitudinal
del puente.
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Fuera de la zona ocupada por las aplanadoras se coloca una carga uniformemente distribuida
denominada “multitud compacta”, de 600 Kg/m² en calzada, y otra denominada “sobrecarga en
veredas” de 400 Kg/m².
(En general en las licitaciones para Proyecto u Obra, la Dirección Nacional de Vialidad
especifica cargas de multitud compacta variables en función de la luz del puente).
Considerando un tramo del puente en planta, resulta la siguiente disposición de cargas:
aplanadoras
av
Pv
ac
Pmc
multitud
compacta
en calzada
sobrecarga
en veredas
av
Pv
Lp
Al ubicar las aplanadoras, se buscará que los rodillos queden en la posición que den las
solicitaciones más desfavorables en cada elemento estructural. Por ejemplo, en el análisis de
las vigas principales, se jugará con la posición de las aplanadoras en sentido longitudinal. Con
las cargas en una posición se logra Mmáx. En otra posición se logra Qmáx., etc.
También resulta de importancia la ubicación de las aplanadoras en sentido transversal en la
calzada, a los efectos de analizar la repartición transversal de cargas.
Para puentes con tres o más fajas de circulación, puede considerarse una reducción en el valor
total de las cargas de aplanadoras, con un cierto criterio probabilístico de simultaneidad de las
acciones. Esta reducción se fija en un porcentaje en función de las fajas cargadas.
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IMPACTO
No se trata en sí de una carga actuante. Es un coeficiente de mayoración que tiene en cuenta
los efectos dinámicos de las cargas de tránsito. Este coeficiente afecta los valores de las cargas
de aplanadora y de multitud compacta. No afecta la sobrecarga sobre vereda.
Se determina por interpolación lineal a partir de los valores indicados en la Tabla Nº 2 del
Reglamento, en función del tipo estructural y de la luz de cálculo del elemento en estudio.
VIENTO
Se trata de una acción secundaria que actúa en sentido transversal al eje del puente, aplicada
sobre la superestructura.
La acción del viento se considera como una presión con distintas intensidades y aplicada en
distintas superficies según se considere el puente descargado o cargado.
2.00
presión de viento:
pVC = 150 Kg/m²
pVD = 250 Kg/m²
pVC pVD
FRENADO
Se trata de una acción secundaria en la dirección del eje del puente. Su valor debe tomarse
como el mayor entre las dos siguientes expresiones:
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Hf = 0,15 . n° . Gap.
Hf = 1
.
pmc . aC . Lp
25
donde n° : cantidad de aplanadoras
Gap: peso de cada aplanadora
pmc : sobrecarga de muchedumbre compacta
aC : ancho de la calzada
LP : longitud del tramo, o tramos, cargados.
HF
H fa
Hf = Hfa + Hfb
H fb
KA
Hfa
KB
y
Hfb se reparten
proporcionalmente
A
B
a
la
rigidez de cada apoyo.
La rigidez total es k = kA + kB
Hfa = kA Hf
Hfb = kB Hf
K
K
Para considerar el máximo esfuerzo de frenado en un pilar puede considerarse sobrecarga de
muchedumbre en los dos tramos adyacentes, o aplanadoras en uno de los tramos, ya que no se
coloca más de una aplanadora por faja de circulación.
No se considera el caso de un vehículo o aplanadora que no esté en dirección longitudinal, por
ejemplo un camión que se desvía para evitar un obstáculo, y frena, dando una componente
transversal de la fuerza de frenado.
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EJECUCIÓN DEL TRABAJO PRÁCTICO
Incluye el proyecto, cálculo, dimensionamiento y documentación técnica del tablero del puente,
vigas principales y riostras.
Los cálculos deben ajustarse a las disposiciones del CIRSOC 201.
La documentación técnica incluirá los planos de estructuras, indicando con claridad las formas
estructurales (encofrados), los materiales, el despiece de las armaduras, su posición y
recubrimientos.
Se pretende lograr un nivel de definición del proyecto similar al requerido en la actividad
profesional. Debe tenerse muy en cuenta que la documentación no debe dar lugar a errores por
falta de claridad, o indefiniciones que hagan difícil su ejecución. Se debe tener en claro que el
que construye la obra casi nunca es el que la calcula, por lo que se debe extremar la claridad de
la documentación a fin de no provocar falsas interpretaciones.
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