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144724936 Articulo Puentes en Concreto Reforzado

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ESTADO DEL ARTE DE LOS PUENTES EN CONCRETO REFORZADO

William Ospino DazgranadosIngeniero CivilIII semestre, Maestra Construccin de Obras Viales

RESUMEN

Los puentes de concreto reforzado son los puentes ms utilizados en la construccin de infraestructura vial urbana y rural, estos se clasifican en 3 tipos, de losa maciza, de losa y viga, y puentes continuos, su diseo est basado en el anlisis de los momentos, como una estructura de concreto simplemente apoyada, por lo que se evalan las cargas vivas y muertas que actan sobre la superestructura, y luego se evalan las cargas sobre la subestructura cuyo diseoest dominado por el empuje del suelo sobre los estribos, ms que por lareaccin de los apoyos. La construccin de los pue ntes en concreto se divide en dos grupos de metodologas, Construccin in situ y elementos prefabricados, la decisin de elegir un mtodo o el otro, depende de variables como el tiempo, y los vanos de los puentes, por encima de las cargas solicitadas.

PALABRAS CLAVES: Puentes, Concreto reforzado, Prefabricados, MtodoAASHTO LRFD, Apoyos

ABSTRACT

Reinforced concrete bridges are bridges used in the construction of urban and rural road infrastructure, these are classified into 3 types, solid plate, plate and beam, and continuous bridges, the design is based on the analysis of the moments , like a concrete structure simply supported so evaluates the live and dead loads acting on the superstructure, and then evaluated on the substructure loads whose design is dominated by the earth pressure on the abutments, but by the reaction of the supports. The construction of bridges in particular is divided into two groups methodologies Construction "in situ" and prefabricated, the decision of choosing one method or the other, depending on variables such as time, and the openings of the bridges, above of applied loads.

KEYWORDS: Bridges, Reinforced Concrete, Prefabricated, AASHTO LRFD, Support.

1. INTRODUCCINLos puentes en concreto reforzado son de montaje rpido,

ya que admiten en muchas ocasiones elementos

Con el objeto de presentar una revisin de la situa cinprefabricados (Fig. 1), son resistentes, permiten superar

actual en materia de diseo y construccin de puent es enluces mayores que los puentes de piedra, aunque menores

concreto reforzado se han consultado fuentesque los de hierro, y tienen unos gastos de mantenimiento

bibliogrficas acadmicas y tambin informe demuy escasos, ya que son muy resistentes a la accin de

proyectos relacionados con el tema. Los puentes enlos agentes atmosfricos.

concreto reforzado son de los ms populares

en los proyectos de infraestructura vial, no

solo por su facilidad en el diseo, sino

tambin por las bondades que se obtienen a

trabajar con un material tan estudiado y

conocido, lo sugiere que uso no se debe

tanto al diseo si no a su construccin.

Los puentes actualmente, son prcticamente

indispensables en cualquier proyecto

interesante de infraestructura vial, no solo

por su funcin de separar flujos continuos,

sino tambin por su belleza, y los puentes

de concreto reforzado no se han quedado

atrs tampoco en el aspecto arquitectnico.

Fig. 1. Partes de un Puente en Concreto

2. PUENTES EN CONCRETO REFORZADOFuente: Curso de Puentes en Concreto, Vallecilla Carlos,

Bogot 2004.

18 de Mayo de 2013.

2

Los tenemos como puentes en losa maciza que no sobrepasan los 8m de longitud, y o de losa y viga que pueden llegar hasta los 28 m.

Aspectos del Diseo:

Para el diseo de cualquier puente es necesario conocer los momentos flexionantes, las deflexiones mximas,las reacciones en los apoyos y las caractersticas del suelo, pero todo esto se calcula con respecto a las cargas, y en el diseo de puentes la carga muerta la determina la geometra de las secciones y los materiales, y esta ser la nica cosa que nos variar, puesto que la cargas vias en todos los tipos de puentes, dependern del vehculode diseo, que para el caso de Colombia es el C40-95 (Fig. 2).

Fig. 2. Vehculo de diseo.Fuente: Cdigo Colombiano de diseo ssmico de puen tes.

En ese orden de idea, estamos hablando que la caracterstica que nos determinar el diseo de unpuente es el material con el que est hecho, y en este caso estamos hablando de puentes en concreto reforzados. Entendemos que entonces tendremos:

Lneas de Carga, Momentos y esfuerzos cortantes de diseo (Fig. 3).

Fig. 3. Lneas de Carga para camin C40-95.Fuente: Cdigo Colombiano de diseo ssmico de puen tes.

18 de Mayo de 2013.

Maestra en Construccin de Obras Viales, Universid ad Santo Tomas

El Cdigo Colombiano incluye los efectos dinmicos de las cargas mviles sobre los puentes como una fracc in de la carga viva de acuerdo con la siguiente ecuacin (1)

(1)

Por otro lado, estn las fuerzas longitudinales queactan en direccin longitudinal al puente, dependen del t rfico, debido que son generadas por el frenado del mismo, as tambin estn las fuerzas centrifugas generada porel movimiento de la carga viva, obedeciendo a la siguiente ecuacin (2).

(2)

Por ltimo contemplamos las cargas de viento, que es una carga lateral sobre los puentes, cuya magnitud depende de factores como la velocidad del viento, su direccin y la geometra del puente, y estas se aplican uniformemente sobre toda la superficie expuesta del puente.

Mtodos de Diseo

Los mtodos de diseo de puentes de concreto, fuerade Colombia, estn basados en el anlisis de los momentos generados por las cargas que actan sobre el puente, recomendando los refuerzos requeridos para soportar los momentos.

Mtodo Standard AASHTO: mtodo de diseo por esfuerzos simples y el mtodo por factores de carga. Basado en la norma AASHTO Standard Specifications for Highway Bridges, 16 edicin, la cual establece dos mtodos de diseo de puentes, el mtodo de tensione admisibles (ASD: Allowable Stress Design) y el mtodo por factores de carga (LFD: Load Factor Design) o mtodo de la rotura.

Para las tensiones admisibles, se considera un concreto de resistencia fc= 25 MPa, y un acero de resistencia Fy= 420 MPa, parte de la condicin que el concreto no r esiste a traccin, el acero resiste toda la tensin.

Mtodo AASHTO LRFD: Mtodo de Diseo por Factores de Carga y Resistencia, la cual toma en c uenta la resistencia media estadstica, las cargas medias estadsticas, la dispersin de ambos por medio de l a desviacin estndar y el coeficiente de variacin, tambin considera los Estados Lmites de: resistencia, fatiga, fractura, servicibilidad, constructibilidad y la existencia de eventos extremos.

Otro aspecto importante que introdujo esta norma es la forma de combinar las cargas, ya que sta considera algunos factores que van a cambiar el margen de seguridad del puente, dando una mayor confiabilidad a la estructura.

Evala estados lmites como: Lmite de Servicio (cargas de servicio), Lmite de fatiga y fractura (daos), Limite

de resistencia (materiales), Eventos extremos (sismos, inundaciones, etc.)

Refuerzo de Acero

Empricamente sabemos que la losa de concreto de un puente tendr 4 lneas de refuerzo, 2 ligados al refuerzo principal, y otras 2 ligadas al refuerzo por temperatura, la cuanta de acero en la losa estar ligada principalmente a su geometra, para ambos casos, ms que para los esfuerzos generados, salvo en el voladizo de la losa, el cual se disea de por medio de otro anlisis, donde obtendremos un refuerzo para las tensiones generadas por el momento de voladizo.

En cuanto a las vigas, en caso de puentes de losa y viga, el refuerzo que tendr necesariamente 2 lneas de refuerzo principal, uno para la flexin y otro para la tensin, ambas cuantas se obtienen de la envolvent e de momentos.

Se halla la cuanta que soportan los esfuerzos (ecuacin 3), utilizando la resistencia a la compresin, y la resistencia a la tensin del acero, utilizando el 7 5% de la cuanta por esfuerzo como mximo, y la cuanta mnima como rango inferior.

Luego se halla la cuanta necesaria por la geometra del puente, hallando el rea de acero con la ecuacin 4, y comprobando la cuanta con la ecuacin 5, para lueg o comprobar que est dentro del rango de la cuanta por esfuerzos.

Acero de Refuerzo Principal:

(3)

(4)

(5)

Acero de refuerzo por distribucin: este acero debe colocarse en el lecho inferior de todas las losas, transversalmente a la direccin del refuerzo princi pal, para lograr una distribucin lateral de las cargas vivas concentradas, la cantidad ser un porcentaje del refuerzo principal requerido para el momento positivo, se calcula:

Refuerzo P/pal al trnsito, ecuacin 6.

%= 55/s , Max 50%, donde s = longitud de la luz. (6)

Refuerzo P/pal al trnsito, con la ecuacin 7. %= 121/s , Max 67% (7)

Refuerzo por temperatura:0.0018 para un Fy de 4200 Kg/cm2

Maestra en Construccin de Obras Viales, Universid ad Santo Tomas3

Se puede determinar con la ecuacin 8, como cuanta mnima

min= 14/Fy , Min 0,0014 (8)

Apoyos del puente

Los apoyos de puentes juegan un papel importante en el diseo de puentes. Los apoyos son diseados para transmitir la carga de la superestructura a la subestructura, permitiendo a movimientos especficos y rotacin de la superestructura causada por el vient o o efectos ssmicos, variaciones de temperaturas, desviaciones de cubierta, hundiendo de cualquiera de los apoyos, el elstico que se acorta debido a se arrastra, el encogimiento o la preacentuacin, etc.

Tabla 1. Tipologa de Apoyos

Tipo deMaterialEsquema

Apoyo

Neop

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