PUENTES RETICULADOS

UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL

CURSO: PUENTES Y OBRAS DE ARTE INTEGRANTES: 1. 2. 3.

RODOLFO QUISPE TICONA EDSON CHAYÑA

OBJETIVO Y FUNCIÓN DE UN PUENTE Un puente debe proporcionar un servicio (que puede ser el tráfico de una carretera o vía férrea, un paso peatonal, servicios públicos, etc.) sobre un obstáculo (que puede ser otra carretera o línea férrea, un río, un valle, etc.) y transferir las cargas del servicio a los cimientos a nivel del suelo.

Las consideraciones funcionales que ejercen una mayor influencia en la elección conceptual son:  Los requisitos de espacio libre (tanto vertical como horizontalmente) y la necesidad de evitar impactos.  El tipo y magnitud de la carga que se va a soportar.  La topografía y geología de la obra

OBJETIVO Y FUNCIÓN DE UN PUENTE Requisitos de espacio libre Todos los puentes deben diseñarse para garantizar, en la medida de lo posible, que no reciban el impacto de los vehículos, buques o trenes que puedan pasar por debajo. Este requisito se cumple normalmente especificando unos espacios libres mínimos. Es necesario recordar que los valores diseñados deben tener en cuenta las flechas que se producen debido a cualquier carga que pueda ocurrir en la estructura del puente.

OBJETIVO Y FUNCIÓN DE UN PUENTE • Las autoridades ferroviarias establecen normas estrictas para el espacio libre vertical y lateral sobre los ferrocarriles, normas que deben cumplirse. • Las autoridades de navegación especifican espacios libres sobre los ríos, para tener en cuenta no sólo la altura de los mástiles y la anchura de los barcos que pasan bajo el puente, sino también los requisitos particulares de las pilas en la vía fluvial (o en una planicie de inundación) para evitar una excesiva velocidad de caudal y la socavación de las orillas del río. • Al considerar el espacio libre vertical, un proyectista debe tener en cuenta los problemas de su consecución. La pendiente del acceso del puente de carretera normalmente no debe sobrepasar un 4% aproximadamente y un puente de ferrocarril mucho menos.

OBJETIVO Y FUNCIÓN DE UN PUENTE Cargas • El tipo y la magnitud de la carga están relacionados de forma significativa con la forma de un puente. • Por razones obvias, un puente de autovía requiere un tablero sobre el que pueda circular el tráfico y (a menos que el tramo sea tan corto que una simple losa sea suficiente para extenderse entre los estribos) el tablero debe ser lo bastante fuerte como para distribuir la carga a las vigas principales. • Las cargas de las vías férreas son más deterministas, puesto que las cargas de los trenes más pesados se conocen razonablemente bien. No obstante, muchos reglamentos sobre cargas de vías férreas requieren un cálculo explícito del efecto del impacto. • Además, las fuerzas que surgen del frenado o la aceleración de los vehículos, los efectos centrífugos sobre los puentes curvos, los efectos de la temperatura y el viento deben tenerse en cuenta cuando sean relevantes.

OBJETIVO Y FUNCIÓN DE UN PUENTE

La Topografía y Geología de la Obra Algunas veces, este aspecto determina por sí solo la forma estructural. La topografía general de la obra determinará probablemente el trazado de la carretera o vía férrea. Algunas veces la topografía por sí sola indicará una solución en particular; el caso clásico es un cañón profundo y de lados rocosos, que es perfectamente apropiado para un puente en arco fijo

ESTUDIOS BÁSICOS DE INGENIERÍA Conjunto de estudios para obtener los datos necesarios para la elaboración de los anteproyectos y proyectos del puente. Los estudios que pueden ser necesarios dependiendo de la magnitud y complejidad de la obra son:  Estudios Topográficos  Estudios Hidrológicos e Hidráulicos  Estudios Geológicos y Geotécnicos  Estudios de Riesgo Sísmico  Estudio de Impacto Ambiental  Estudios de Tráfico  Estudios complementarios  Estudios de trazos de vía

PUENTES RETICULADOS • Una estructura reticular o reticulada denominadas también vigas de celosía. (También conocida como estructura de barras) está formada por un conjunto de barras interconectadas y entrecruzadas unidas por medio de nudos articulados o rígidos formando triángulos. Los Puentes reticulados son aquellos que se componen de elementos conectados (generalmente rectos) que soportan esfuerzos de tracción, compresión o ambos para la acción de cargas dinámicas. Para propósitos de análisis, pueden considerarse uniones articuladas para trabajar con fuerzas axiales.

PUENTES RETICULADOS • El ahorro de material en comparación con una viga armada es evidente. En una viga de celosía, las almas son fundamentalmente "aire", por lo tanto, menos peso y menos presión del viento. • Una viga de celosía puede ensamblarse a partir de pequeñas piezas de fácil manejo y transporte y las uniones en la obra pueden atornillarse. Las vigas de celosía pueden presentar una ventaja particular en aquellas regiones donde el acceso a la obra es difícil o el suministro de mano de obra calificada es limitado. Las piezas en buen estado de un puente de celosía pueden reutilizarse fácilmente después de un accidente o de los efectos de una guerra.

Tipos principales de vigas de celosía

PARTES DE UN RETICULADO

Líneas claras: Tracción Líneas oscuras: Compresión (en condiciones estáticas)

Las luces que cubren los reticulados van de pequeñas a medianas, pudiendo cubrir luces mayores a 150 m.

Bajo ciertas combinaciones especiales (como en el caso del arco reticulado), las luces pueden ser mayores, sobrepasando los 300 m.

Procesos Constructivos El montaje de la armadura: con maquinaria especializada con la cual se va realizando la construcción del puente por tramos.

Prefabricado por partes

Las piezas prefabricadas se transportan al lugar y se conectan.

Sistemas de Lanzamiento de Puentes Reticulados La topografía de la quebrada y el estado hidrológico del río determina fundamentalmente el sistema de montaje mas apropiado. Entre los sistemas de lanzamiento realizados en el Perú se tiene los siguientes: Usando nariz de lanzamiento Por medio de apoyos intermedios Por medio de cables Lanzamiento y montaje utilizando falso puente colgante.

Lanzamiento con Apoyos Intermedios Consiste en hacer deslizar la estructura metálica completamente montada en un lado del estribo, sobre unos rodillos y auxiliándose con apoyos intermedios ubicados en el cauce.

Este sistema se usa cuando la topografía de la quebrada permite construir en el cauce apoyos temporales.

Asimismo, debe contarse con un área apropiada detrás del estribo a fin de efectuar el montaje de la estructura y el lanzamiento debe efectuarse preferentemente en épocas de estiaje.

DIFERENTES TIPOS DE VIGAS DE CELOSÍA Puentes de celosía para carreteras • Generalmente, se elige la configuración Warren, que se muestra en la figura 2. Cuando la longitud del espacio que se va a cruzar hace inevitable el uso de un puente de tramos múltiples, es más barato y factible elevar el trazado de la carretera y construir otro tipo de puente que requiera un mayor canto bajo el tablero. • Por esta razón, los puentes de celosía para carreteras generalmente tienen sólo un tramo (figura 3). Su aspecto se adapta muy bien desde el punto de vista estético para cruzar canales en paisajes llanos. • Los tramos están, por lo general, entre 60 y 120 m, que es el rango económico normal. El tramo más largo era el del antiguo puente • Francia (figura 2f). Sin embargo, Fowler y Baker introdujeron una importante innovación al adoptar secciones tubulares de acero como las principales piezas comprimidas del puente Forth, que es muy conocido en todo el mundo por su grandiosidad. Los modernos puentes de celosía también emplean perfiles tubulares para las piezas comprimidas. • El arquitecto húngaro Virgil Nagy construyó el muy estético puente de vigas de alma llena de celosía Ferenc Jozsef en Budapest sobre el Danubio en 1892. El puente está sustentado por vigas de celosía tipo Pratt de canto variable (figura 2e). El tramo central tiene una longitud de 175 m, con una parte central isostática de 47 m.

En la mayoría de los puentes, la viga Warren (con sus modificaciones) es quizás el tipo usado con más frecuencia debido a su sencillez. Los actuales costes de mano de obra imponen un mínimo de barras y uniones.

Puente de carretera de vigas de celosía

Elección de configuración de viga de celosía para puentes de ferrocarril • La configuración más económica de puente de celosía, especialmente para puentes de ferrocarriles, es la viga de celosía colgante, en la que la carga no permanente se produce al nivel del cordón superior. El cordón superior entonces ejerce la doble función de apoyo para la carga no permanente (ya que las traviesas se asientan directamente sobre el cordón) y de pieza comprimida principal. • Para tramos más cortos, las opciones son las configuraciones Warren y Pratt. En la viga Warren simple, las diagonales actúan alternativamente a compresión y tracción, mientras que en la viga Pratt, todas las diagonales están a tracción y los montantes adoptan la compresión.

PRINCIPIOS GENERALES DEL DISEÑO • Intervalo de tramos En tramos de 60 m a 120 m para carreteras y de 30 m a 150 m para ferrocarriles, los tramos simples pueden resultar rentables cuando existen condiciones favorables. Los tramos grandes que utilizan vigas de celosía en voladizo han alcanzado un tramo principal de 550 m. Las vigas de celosía tienen que competir con las vigas armadas en tramos más cortos, con las vigas en cajón en tramos medios y con los puentes atirantados en tramos más largos.

• Relación entre tramo y canto El valor óptimo de esta relación depende de la magnitud de la carga no permanente que debe soportarse. Debería ser de alrededor de 10, siendo mayor para el tráfico de carreteras que para el tráfico de ferrocarriles. Para una carga de dos raíles la relación puede descender hasta aproximadamente 7,5. Siempre se debería hacer una comprobación del canto económico de un puente determinado. • Geometría Para tramos cortos y medios, generalmente se considerará rentable utilizar cordones paralelos para no aumentar los costes de trabajo de taller y montaje. Sin embargo, para tramos continuos largos, a menudo se requiere una mayor altura en las pilas,

• Calidad del acero • Se debe utilizar acero de calidad Fe 510 para las barras principales, usándose calidad Fe 430 o 360 únicamente para las barras que soportan una carga insignificante, a menos que la viga de celosía tenga que fabricarse en un país donde no exista un suministro disponible de mejor calidad. Para una viga de celosía diseñada mediante el uso de acero de calidad Fe 510, la cantidad de acero de calidad Fe 430 o 360 usada sería normalmente de un 7% mayor aproximadamente. Para tramos muy largos, las calidades superiores serán rentables, p. ej., el acero calmado y templado o el acero procesado termomecánicamente, con un límite elástico de 500 - 600 MPa, siempre que no predomine la fatiga.

• Elementos de los cordones comprimidos Estas barras deben ser tan cortas como sea posible y se debe tener en cuenta un arriostramiento adicional si es rentable. Para vigas de celosía con tramos superiores a unos 100 m, los cordones generalmente serán elementos cerrados en cajón, permitiendo así obtener un buen rendimiento del material desde los puntos de vista económico y de conservación. Para tramos más cortos, se pueden usar ocasionalmente perfiles laminados o perfiles laminados huecos.

• Elementos de cordón a tracción Las barras traccionadas deben ser tan compactas como sea posible, pero los cantos tienen que ser lo bastante grandes como para proporcionar un espacio adecuado a los tornillos en las posiciones de las cartelas. La anchura fuera del plano de la viga de celosía debe ser la misma que la de los montantes y las diagonales, de forma que se puedan suministrar cartelas de recubrimiento simple sin necesidad de relleno. • Elementos verticales y diagonales Estas barras deben tener todas la misma anchura normal al plano de la viga de celosía, para permitir que se adapten al ras de, o se acanalen dentro, del cordón superior (donde se utiliza la sección en forma de omega) y que se adapten al ras del cordón inferior.

• Conservación • Al igual que en cualquier diseño estructural, los problemas que puede afrontar el equipo de mantenimiento deben valorarse completamente. Los problemas pueden ser numerosos, pero un buen diseño evitará la mayoría de las dificultades frecuentes.

• ARRIOSTRAMIENTO LATERAL A menos que se proporcione un tablero ortotrópico o de hormigón, el arriostramiento de los largueros, las jácenas de frenado y el arriostramiento lateral de los cordones son necesarios para transmitir las cargas no permanentes longitudinales y las cargas del viento y/o los terremotos a las estructuras de apoyo y también para impedir el pandeo de los cordones comprimidos. Cuando se utiliza un tablero macizo, se debe tener en cuenta la interacción entre el tablero y las vigas de celosía.

• Uniones de vigas de celosía En los nudos de una viga de celosía, donde las barras de alma están conectadas a los cordones, existe un cambio de carga en el cordón que requiere un cambio en el área de su sección-transversal. El nudo es, por consiguiente, el punto en el que existe una unión en el cordón, además de ser el punto de unión de las barras de alma. Las barras de alma están conectadas a los cordones por medio de chapas de unión verticales. Generalmente, se atornillan a las almas • Uniones de los travesaños Son bastante sencillas. Las 2 o 4 filas de tornillos en la placa del extremo de los travesaños se hacen de tal forma que se correspondan con las filas centrales equivalentes de tornillos de la cartela. Se requieren forros de chapas de relleno que tengan en cuenta la diferencia de canto de las cartelas y los travesaños

CARGAS • Definición y Clasificación de Las Cargas • Las cargas se definen como todas las fuerzas que actúan tanto sobre la superestructura como la infraestructura. Estas se subdividen en : a) Permanentes b) Variables c) Excepcionales a) Cargas Permanentes: Son aquellas que actúan durante la vida útil de la estructura, sin mayor variación. a.1) Peso propio: Se consideran como cargas de “peso propio” las cargas de todos los elementos propios del conjunto estructural portante. Ejemplos de pesos unitarios en la siguiente tabla.

TABLA DE PESOS UNITARIOS POR MATERIAL

Materiales Aluminio Hierro Asfalto Madera fuerte Acero Concreto Densidad Normal (f'c