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PUENTE EN ARCO 2011
DEDICATORIA
Dedicamos este trabajo a Dios, a nuestros padres, a
nuestro profesor y compañeros de clase.
A Dios por habernos dado la inteligencia y por habernos
permitido alcanzar nuestros logros y propósitos.
A nuestros padres que con sus oraciones constantes
pidierón a Dios día a día que nos ayude a seguir
esforzándonos para conseguir nuestros sueños.
A nuestro profesor que día a día nos enseña y
constantemente nos impulsa a seguir adelante.
Y a todos a aquellos quienes de alguna manera
aportaron a esta nueva tarea emprendida y han estado
a nuestro lado siempre.
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AGRADECIMIENTO
De forma muy especial queremos agradecer la
colaboración de nuestro Profesor Lic. Luis Medina
Moncada.
Por habernos apoyado incondicionalmente, ya que sin
su ayuda, orientaciones y consejos no hubiese sido
posible concluir este proyecto.
Hacemos extensivos nuestros agradecimientos a
familiares y amigos, que nos sumaron esfuerzos
incondicionales y desinteresados.
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PUENTE EN ARCO 2011
I. RESUMEN
Como jóvenes estudiantes protagonistas de nuestro mañana y del futuro de nuestro país, les
presentamos un proyecto innovador lleno de muchas expectativas el cual está relacionado
directamente con nuestra carrera de ingeniería Civil.
En nuestro proyecto confeccionaremos un puente tipo en arco con solo palitos de chupete, en
pequeña escala, familiarizándonos así con la realización de los cálculos correspondientes para
que dicho proyecto soporte un peso específico.
Como futuros Ingenieros Civiles debemos conocer la reacción del puente en arco a las distintas
cargas específicas que puede soportar en el transcurso de su tiempo de vida, es por esto que
creemos conveniente realizar este proyecto, ya que nos servirá de mucho para nuestra carrera
universitaria.
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I. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA A INVESTIGAR:
Descripción del Puente
En el presente trabajo se modeló la estructura de un puente al que se le impusieron como
material palitos de chupete, usamos esto debido a que por medio de la resistencia con los
cálculos correspondientes iremos a desarrollar con ello podemos demostrar que no basta con
un buen material de acero o concreto para realizarlo sino el mayor grado de importancia está
en los cuidadosos y minuciosos cálculos.
Obtenemos los cálculos trazados para ello hemos usado método matemático como uso
de parábolas, derivadas, etc.
De acuerdo al proyecto damos una hipótesis con respecto a cargas de un aproximado
12 kg.
Usamos en el modelo de puente conformado por triángulos debido a que el triángulo es
el único polígono que no se deforma cuando actúa sobre él una fuerza.
El modelo a elegir fue modelo tipo arco ya que se caracteriza porque en él sólo existen
esfuerzos de compresión; cada “dovela” (rebanada o sección de arco) recibe de la
anterior y transmite a la siguiente esfuerzos normales a la superficie de separación y
así, al llegar a los apoyos, sólo existe un esfuerzo vertical de compresión.
Como parte principal del proyecto están los apoyos los cuales reciben el nombre de
estribos cuando van adosados a los terrenos de las márgenes, y de pilas, si son
exentos. Al progresar las características resistentes de los materiales empleados, son
cada vez menos voluminosos.
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II. OBJETIVOS
Realizar el proyecto con éxito así brindar un aporte hacia los demás compañeros de
cómo hacer un puente con tan solo materiales pequeños y muy fácil de conseguir.
Dar a conocer que la base principal de un proyecto es el diseño pero primordialmente
con los cálculos exactos correspondientes.
Que los alumnos estudiantes de Ingeniería Civil utilicemos este y otros métodos mucho
más sencillo para elaborar no solo puentes sino diferentes tipos de estructuras.
Buscamos que los jóvenes estudiantes podamos identificar sobre cada tipo de
estructura de un puente el modelo a seguir pero con las respectivas normas a estudiar.
Este proyecto más adelante en nuestra vida profesional se pueda realizar con éxito
mejorando la calidad de vida ya que los Ingenieros Civiles brindamos seguridad,
eficiencia y calidad de cada uno de nuestros proyectos en obra.
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III. MARCO TEÓRICO
PUENTES
Un puente es una construcción, por lo general artificial, que permite salvar un accidente
geográfico o cualquier otro obstáculo físico como un río, un cañón, un valle, un camino, una vía
férrea, un cuerpo de agua, o cualquier obstrucción. El diseño de cada puente varía
dependiendo de su función y la naturaleza del terreno sobre el que el puente es construido.
Su proyecto y su cálculo pertenecen a la ingeniería estructural, siendo numerosos los tipos de
diseños que se han aplicado a lo largo de la historia, influidos por los materiales disponibles, las
técnicas desarrolladas y las consideraciones económicas, entre otros factores.
HISTORIA DE LOS PUENTES
La necesidad humana de cruzar pequeños arroyos y ríos fue el comienzo de la historia de los
puentes. Hasta el día de hoy la técnica ha pasado desde una simple losa hasta grandes
puentes colgantes que miden varios kilómetros y que cruzan bahías. Los puentes se han
convertido a lo largo de la historia no solo en un elemento muy básico para una sociedad sino
en símbolo de su capacidad tecnológica.
DE LA PREHISTORIA A LOS GRANDES CONSTRUCTORES ROMANOS
Los puentes tienen su origen en la misma prehistoria. Posiblemente el primer puente de la
historia fue un árbol que usó un hombre prehistórico para conectar las dos orillas de un río.
También utilizaron losas de piedra para arroyos pequeños cuando no había árboles cerca. Los
siguientes puentes fueron arcos hechos con troncos o tablones y eventualmente con piedras,
usando un soporte simple y colocando vigas transversales. La mayoría de estos primeros
puentes eran muy pobremente construidos y raramente soportaban cargas pesadas. Fue esta
insuficiencia la que llevó al desarrollo de mejores puentes. El arco fue usado por primera vez
por el Imperio romano para puentes y acueductos, algunos de los cuales todavía se mantienen
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en pie. Los puentes basados en arcos podían soportar condiciones que antes se habrían
llevado por delante a cualquier puente.
Un ejemplo de esto es el Puente de Alcántara, construido sobre el Río Tajo, cerca de Portugal.
La mayoría de los puentes anteriores habrían sido barridos por la fuerte corriente. Los romanos
también usaban cemento, que reducía la variación de la fuerza que tenía la piedra natural. Un
tipo de cemento, llamado pozzolana, consistía en agua, lima, arena y roca volcánica. Los
puentes de ladrillo y mortero fueron construidos después de la era romana, ya que la tecnología
del cemento se perdió y más tarde fue redescubierta.
Los puentes de cuerdas, un tipo sencillo de puentes suspendidos, fueron usados por la
civilización Inca en los Andes de Sudamérica, justo antes de la colonización europea en el siglo
XVI.
Después de esto, la construcción de puentes no sufrió cambios sustanciales durante mucho
tiempo. La piedra y la madera se utilizaban prácticamente de la misma manera durante la
época napoleónica que durante el reinado de Julio César, incluso mucho tiempo antes. La
construcción de los puentes fue evolucionando conforme la necesidad que de ellos se sentía.
Cuando Roma empezó a conquistar la mayor parte del mundo conocido, iban levantando
puentes de madera más o menos permanentes; cuando construyeron calzadas pavimentadas,
alzaron puentes de piedra labrada.
A la caída del Imperio romano el arte sufrió un gran retroceso, durante más de seis siglos. El
hombre medieval veía en los ríos una defensa natural contra las invasiones, por lo que no
consideraba necesario la construcción de los medios para salvarlos. El puente era un punto
débil en el sistema defensivo feudal. Por lo tanto muchos de los que estaban construidos fueron
desmantelados, y los pocos que quedaron estaban protegidos con fortificaciones.
TIPOS DE PUENTES
Existen cinco tipos principales de puentes: puentes viga, en ménsula, en arco, colgantes,
atirantados. El resto son derivados de estos.
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PUENTES VIGA: Un puente
viga es un puente cuyos vanos
son soportados por vigas. Este
tipo de puentes deriva
directamente
del puente
tronco. Se
construyen
con madera,
acero u hormigón
(armado, pretensado o
postensado).
Se emplean vigas en forma de L, en forma de caja hueca, etcétera. Como su antecesor,
este puente es estructuralmente el más simple de todos los puentes.
Se emplean en vanos cortos e intermedios (con hormigón pretensado). Un uso muy
típico es en las pasarelas peatonales sobre autovías.
PUENTE EN MÉNSULA: Un puente en ménsula (en inglés cantilever brigde) es un
puente en el cual una o más vigas principales trabajan como ménsula o voladizo.
Normalmente, las grandes estructuras se construyen por la técnica de volados
sucesivos, mediante ménsulas consecutivas que se proyectan en el espacio a partir de
la ménsula previa. Los pequeños puentes peatonales pueden construirse con vigas
simples, pero los puentes de mayor importancia se construyen con grandes estructuras
reticuladas de acero o vigas tipo cajón de hormigón postensado, o mediante estructuras
colgadas.
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PUENTE COLGANTE: Un puente colgante es
un puente sostenido por un arco invertido formado
por numerosos cables de acero, del que se
suspende el tablero del puente mediante tirantes
verticales. Desde la antigüedad este tipo de
puentes han sido utilizados por la humanidad para
salvar obstáculos. A través de los siglos, con la
introducción y mejora de distintos materiales de
construcción, este tipo de puentes son capaces en
la actualidad de soportar el tráfico rodado e
incluso líneas de ferrocarril ligeras.
PPUENTE ATIRANTADO: En términos de ingeniería civil, se denomina puente
atirantado a aquel cuyo tablero está
suspendido de uno o varios pilones
centrales mediante obenques. Se
distingue de los puentes colgantes
porque en éstos los cables principales
se disponen de pila a pila, sosteniendo
el tablero mediante cables secundarios
verticales, y porque los puentes
colgantes trabajan principalmente a
tracción, y los atirantados tienen partes que trabajan a tracción y otras a compresión.
También hay variantes de estos puentes en que los tirantes van desde el tablero al pilar
situado a un lado, y de ahí al suelo, o bien están unidos a un único pilar.
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PUENTE EN ARCO: Un puente de arco es un
puente con apoyos a los extremos de la luz, entre
los cuales se hace una estructura con forma de
arco con la que se transmiten las cargas. El
tablero puede estar apoyado o colgado de esta
estructura principal, dando origen a distintos tipos
de puentes.
Los puentes en arco trabajan transfiriendo el peso
propio del puente y las sobrecargas de uso hacia
los apoyos mediante la compresión del arco,
donde se transforma en un empuje horizontal y
una carga vertical. Normalmente la esbeltez del
arco (relación entre la flecha máxima y la luz) es
alta, haciendo que los esfuerzos horizontales sean mucho mayores que los verticales.
Por este motivo son adecuados en sitios capaces de proporcionar una buena
resistencia al empuje horizontal.
Cuando la distancia a salvar es grande pueden estar hechos con una serie de arcos,
aunque ahora es frecuente utilizar otras estructuras más económicas.
PUENTES DE ARCO DE COMPRESIÓN SIMPLE
Ventajas con el uso de materiales simples
La piedra y muchos materiales similares son resistentes a los esfuerzos de compresión,
y algo en los de cizalladura (cortadura). Pero en esfuerzos de tracción son muy débiles,
por eso muchos puentes en arco están diseñados para trabajar constantemente bajo
compresión. En la construcción, cada arco se construye sobre una cimbra provisional
con forma de arco. En los primeros puentes de arco en compresión, una piedra llave
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(clave) en el medio del arco, distribuye el peso al resto del puente. Cuanto más peso se
pone en el puente, más fuerte se hace la estructura. Los puentes en arco de albañilería
usan una cantidad de relleno (típicamente cascajo y grava compactados) sobre el arco
para aumentar el peso muerto sobre el puente y así prevenir que haya puntos del arco
que entren en tracción, lo que podría ocurrir cuando las cargas se mueven a través del
puente. También se utilizan para construir este tipo de puentes el hormigón en masa (no
armado) y el ladrillo. Cuando se usa cantería (piedra cortada) se cortan los ángulos de
las caras para minimizar los esfuerzos cortantes. Cuando se usa mampostería (piedras
sin cortar ni preparar) se usa un mortero entre ellas y el mortero se aplica y se deja
endurecer antes de retirar la cimbra.
Secuencia de construcción
1. Cuando los arcos se cimientan en el fondo de una corriente de agua o un río, el agua se
desvía y se excava la arena hasta llegar a suelo firme. A menudo la cimentación se
hace por pilotes. Desde esta cimentación, se levantan las pilas hasta la base de los
arcos.
2. Después se fabrican las cimbras provisionales, normalmente con maderas y tablas.
Desde cada arco de un puente multi-arco se transmitirán unas cargas sobre sus
vecinos, por esto, es necesario construir todos los arcos al mismo tiempo (y al mismo
ritmo), para que las fuerzas que se produzcan, se compensen entre arcos consecutivos.
Las cargas que producen los arcos de los extremos del puente se transmiten al terreno
por los cimientos en los taludes laterales del río o cañón, o bien con grandes cuñas
formando rampas a las entradas en el puente, que también pueden estar formadas por
más arcos.
3. La mayoría de arcos se construyen simultáneamente en la cimbra; cuando la estructura
básica de cada arco está construida, el arco se estabiliza con un relleno interior de
albañilería entre los arcos formando unas paredes a los laterales del puente, que
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pueden estar dispuestas en horizontal formando también los muros laterales. Una vez
formadas estas dos paredes se rellena el interior con material suelto y cascajo.
4. Finalmente se pavimenta la vía y se construyen los muros quitamiedos.
Uso de materiales modernos
Muchos de los puentes en arco están hechos con hormigón armado. Este tipo de
puentes es posible construyendo un encofrado (con una estructura provisional similar a
los puentes de piedra) que soporte el hormigón fresco y las armaduras. Cuando el
hormigón ha adquirido la suficiente resistencia, se procede al desencofrado, eliminando
toda la estructura provisional.
Muchos puentes modernos, hechos de acero o hormigón armado, poseen forma de arco
y tienen parte de su estructura cargada en tensión, pero esto posibilita una reducción o
eliminación de la carga horizontal ejercida contra los contrafuertes, permitiendo su
construcción en suelos más débiles. Estructuralmente no son verdaderos arcos, más
bien vigas con forma de arco. Véase puentes de arco de armazón para conocer más de
este tipo de puentes.
Una evolución moderna de los puentes en arco es el puente de arco en compresión de
pista colgante. Este tipo ha sido posible por el uso de materiales ligeros que sean
fuertes a tracción, como el acero, hormigón armado y hormigón postensado.
Compresión
Los puentes de arco están siempre bajo compresión. La fuerza de la compresión
empuja hacia fuera a lo largo de la curva del arco hacia los estribos.
Tensión
La tensión en un arco es insignificante. La curva natural del arco y su capacidad de
disipar la fuerza hacia fuera reduce grandemente los efectos de la tensión en el
superficie inferior del arco. Cuanto mayor es el grado de curvatura (cuanto más grande
es el semicírculo del arco), sin embargo, mayores son los efectos de la tensión en el 12 Ingeniería Civil
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superficie inferior. Como acabamos de mencionar, la forma del arco mismo es todo lo
que necesaria para disipar con eficacia el peso del centro de la cubierta hacia los
estribos. Como con el puente de viga, los límites del tamaño eventualmente alcanzarán
la fuerza natural del arco.
IV. HIPÓTESIS
La lección se concentra en cómo se diseñan los puentes para soportar peso, al mismo tiempo
ser durables y, en algunos casos, estéticamente agradables. Los estudiantes trabajan en
equipos para diseñar y construir su propio puente usando como material 200 palos de helados
y pegamento. Los puentes deben tener un largo de por lo menos 35 cm (14 pulgadas) y ser
capaces de sostener un peso de unos 2 kg (5 libras) (estudiantes más jóvenes) o de 9 kg (20
libras) (en el caso de los estudiantes mayores). Se recomienda a los estudiantes que ahorren
material y utilicen la menor cantidad de palitos de helado que les permita lograr sus objetivos.
Los estudiantes evalúan tanto la eficacia de sus propios puentes como los de los demás
equipos y presentan sus hallazgos a la clase.
V. MATERIALES
Los materiales que vamos a emplear para elaborar nuestro proyecto son los siguientes:
Palitos de Chupete
Cola
Prensas
Plantillas
Regla
Calculadora
Lija
VI. RESULTADOS
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Como grupo estimamos que nuestro puente en arco hecho a base de palitos de chupete
soportaría un peso de 50 kgs como mínimo.
VII. DISCUSIÓN
VIII. CONCLUSIONES
IX. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Manual de diseños de puentes, Ing. Julio Escudero Meza Director General de Caminos
y Ferrocarriles 2003, Lima.
Manual de diseño de puentes AASHTO.
Ingeniería Civil, Obras públicas.
X. LINKOGRAFÍA
http://es.wikipedia.org/wiki/Puente
aula2.elmundo.es/aula/laminas/lamina1078308155.pdf
thales.cica.es/rd/Recursos/rd99/ed99.../9_clasificacion_puentes.htm
html.rincondelvago.com/los-puentes.html
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