Unidad I. Ingeniería de Puentes

Unidad I

Introducción a la Ingeniería de Puentes

Ing. Glorimer Miquilena 1

Puente. Un puente es una construcción, por lo general artificial,

que permite salvar un accidente geográfico o cualquierotro obstáculo físico como un rio, un cañón, un valle, uncamino, una vía férrea, un cuerpo de agua, o cualquierobstrucción, es decir; se construyen para superar lasdiferentes barreras naturales con las que se hanencontrado el hombre, y poder transportar así susmercancías, permitir la circulación de las gentes ytrasladar sustancias de un sitio a otro. El diseño de cadapuente varía dependiendo de su función y la naturalezadel terreno sobre el que el puente es construido.


Funciones de un Puente. La función principal de un puente es comunicar dos puntos

separados; para ello, los puentes deben cumplir con variascondiciones, para ejercer su función en forma adecuada, algunasde esas condiciones son:

Seguridad: todo puente debe tener suficiente resistencia, rigidez, durabilidad y estabilidad, de tal forma que resista las fuerzas que actúan sobre ellos durante su vida útil.

Servicio: los puentes deben funcionar como parte de lascarreteras, sin afectar la comodidad de los usuarios.

Economía: se deben construir económicamente, sin perder devista la calidad de los materiales utilizados, es necesario tomaren cuenta el mantenimiento, después de que sean puestos enuso.

Apariencia: la apariencia de los puentes debe conjugar con el medio ambiente en su entorno.


Origen y Evolución de los Puentes. Los primeros puentes se realizaron seguramente

por elementos naturales simples, como un troncodejado caer sobre un arroyo o unas piedrasdispuestas en un río.

Los siguientes puentes fueron arcos hechos controncos o tablones y eventualmente con piedras,usando un soporte simple y colocando vigastransversales. La mayoría de estos primerospuentes eran muy pobremente construidos yraramente soportaban cargas pesadas. Fue estainsuficiencia la que llevó al desarrollo de mejorespuentes.

El arco fue usado por primera vez por el ImperioRomano para puentes y acueductos, algunos delos cuales todavía se mantienen en pie. Lospuentes basados en arcos podían soportarcondiciones que antes se habrían llevado pordelante a cualquier puente.


Origen y Evolución de los Puentes.


Los romanos también usaban cemento, quereducía la variación de la fuerza que tenía lapiedra natural. Un tipo de cemento, llamadopozzolana, consistía en agua, lima, arena y rocavolcánica.

Los romanos desarrollaron la cimentación bajo elagua mediante cajones de madera de doblesparedes, llenos de cemento, o con gruesosbloques paralelepipédicos. En los puentes de másde una arcada recurrían a estrechar las vías deagua mediante pilotes muy gruesos o represas.Los pilares estaban formados por grandesbloques, que producían una disminución de la luzde los vanos, lo que era causa de hundimientosdebido al aumento de la velocidad del agua.

A fines de la baja Edad Media renació la actividadconstructiva de puentes muy parecidos a los dela época romana, de arco rebajado y el ojival.

Origen y Evolución de los Puentes. Los puentes de cuerdas, un tipo sencillo de

puentes suspendidos, fueron usados por lacivilización Inca en los Andes de Sudamerica, justoantes de la colonización europea en el siglo XVI.

Los puentes de ladrillo y mortero fueronconstruidos después de la era romana, ya que latecnología del cemento se perdió y más tarde fueredescubierta.

En el siglo XVIII - XX, la construcción depuentes se caracterizó por los conocimientoempíricos, como la Resistencia de los Materiales,y la Teoría Racional de las Estructuras, así comopor el empleo técnico de los materiales como elconcreto armado.

Con la revolución Industrial se empezaron aconstruir puentes de arco, imitación a losantiguos, pero de concreto macizo o concretosin refuerzo, al igual se construyeron los puentesmetálicos, los puentes colgantes, utilizando lascadenas como cables.


Evolución de los Puentes en Venezuela

Puente Anauco en Caracas

Puente sobre el Manzanares, Cumana

Puente sobre el rio Uribante.


Según Torres (2006), estima que enVenezuela hay mas de 6100 puentes enservicio, los cuales se pueden clasificar encuatro grupos de estructuras: (1) losprimeros puentes para salvar las fuertesirregularidades topográficas de Caracas yel crecimiento urbano; (2) los principalespuentes colgantes, que comenzaron acruzar nuestros grandes ríos, los puentesde hierro de la red ferroviaria de fines delsiglo XIX hasta las primeras décadas delsiglo XX, incluidos los primeros puentesde concreto armado; (3) la expansión delas redes viales urbanas e interurbanasdesde los años 30 hasta finales del sigloXX; (4) puentes de grandes vanos desde elprimer puente sobre el río Caroní en1964, en adelante.

Puente sobre el rio Caroní

En 1938, el destacado ingenieroJosé Sanabria dictó la LecciónInaugural de la Cátedra dePuentes y Viaductos en la UCV,lección que por sus enseñanzasreproduce el profesor EduardoArnal como Introducción deLecciones de Puentes en suprimera edición de 1962.

Los puentes de madera fueronempleados durante el sigloXVIII y XIX como solucionestemporales. El tiempodemostró que los puentes demadera resultaban inadecuados,y muy rápidamente fueronsustituidos por obras demampostería, de las cualesalgunas subsisten hoy en día.


Evolución de los Puentes en Venezuela

Tipos de Puentes.Según el material: Madera: aunque son rápidos de construir y de

bajo costo, son poco resistentes y duraderos, yaque son muy sensibles a los agentes atmosféricos,como la lluvia y el viento, por lo que requieren unmantenimiento continuado y costoso. Su bajocosto y la facilidad para labrar la madera puedenexplicar que los primeros puentes construidosfueran de madera.

Piedra o Roca: los romanos fueron los grandesconstructores de puentes de rocas, debido a suresistencia, a que son compactos y duraderos,aunque en la actualidad su construcción es muycostosa. Los cuidados necesarios para sumantenimiento son escasos, ya que resisten muybien los agentes climáticos. Desde el hombreconsiguió dominar la técnica del arco este tipo depuentes dominó durante siglos.


Metálicos: Son muy versátiles,permiten diseños de grandes luces; seconstruyen con rapidez, pero soncaros de construir y además estánsometidos a la acción corrosiva, tantode los agentes atmosféricos como delos gases y humos de las fábricas yciudades, lo que supone unmantenimiento caro.

Concreto Reforzado: Son demontaje rápido, y en muchas ocasionesse utilizan elementos prefabricados.Son resistentes, permiten superar lucesmayores que los puentes de piedra,aunque menores que los de hierro, ytienen unos gastos de mantenimientomuy escasos, debido a que son muyresistentes a la acción de los agentesatmosféricos

Tipos de Puentes.


Pretensado: el concepto de pretensado se utilizapara describir los métodos de preesfuerzo, en losque se tensan los tendones antes de colocar elconcreto. Los tendones deberán estar anclados enforma temporal a apoyos donde son tensados y setransfiere el preesfuerzo al concreto después deque ha fraguado. Este es el método más utilizadoen la elaboración de prefabricados.

Postensado: el postensado es un método depreesfuerzo en el cual se tensa el tendón, despuésde que ha endurecido el concreto (se dejan ductospara los tendones en el elemento), así elpreesfuerzo se produce casi siempre contra elconcreto endurecido y los tendones se anclancontra él, inmediatamente después del preesfuerzo.


Tipos de Puentes. Concreto Preesforzado: Es definido por la ACI como: Concreto en el

cual han sido introducidos esfuerzos internos de tal magnitud y distribuciónque los esfuerzos resultantes de las cargas externas dadas, las cuales seequilibran hasta un grado deseado.

Tipos de Puentes.Según su forma: Son los que estándirectamente relacionadas con los esfuerzosque soportan sus elementos constructivos. De Viga: Están formados fundamentalmente por

elementos horizontales que se apoyan en susextremos sobre soportes o pilares. Estos elementoshorizontales tienden a flexionarse como consecuenciade las cargas que soportan. El esfuerzo de flexiónsupone una compresión en la zona superior de lasvigas y una tracción en la inferior.

De Losa: Los puentes de losa son las estructuras mássencillas. Por su simplicidad, resultan convenientespara salvar luces pequeñas (menores de10 metros) yademás, siendo cada tramo independiente no se venafectados por los asentamientos del terreno. Estospuentes están construidos por una losa plana deconcreto armado, maciza o aligerado con bloques dearcilla, que salva la luz entre los apoyos.


Tipos de Puentes. De Arco: Están constituidos básicamente por una sección

curvada hacia arriba que se apoya en unos soportes oestribos y que abarca una luz o espacio vacío. En ciertasocasiones el arco es el que soporta el tablero (arco bajotablero) del puente sobre el que se circula, mediante unaserie de soportes auxiliares, mientras que en otras de él esdel que pende el tablero (arco sobre tablero) mediante lautilización de tirantes. La sección curvada del puente estásiempre sometida a esfuerzos de compresión, igual que lossoportes, tanto del arco como los auxiliares que sustentanel tablero. Los tirantes soportan esfuerzos de tracción.

Colgantes: Están formados por un tablero por el que secircula, que pende, mediante un gran número de tirantes, dedos grandes cables que forman sendas catenarias y queestán anclados en los extremos del puente y sujetos porgrandes torres de hormigón o acero. Con excepción de lastorres o pilares que soportan los grandes cables portantesy que están sometidos a esfuerzos de compresión, losdemás elementos del puente, es decir, cables y tirantes,están sometidos a esfuerzos de tracción.


Tipos de Puentes.Según su uso: Acueductos: cuando se

emplean para la conduccióndel agua.

Viaductos: si soportan elpaso de carreteras y víasférreas.

Pasarelas: están destinadosexclusivamente a lacirculación de personas.


Tipos de Puentes.Según el Sistema Estructural:

Puentes Isostáticos: Es aquelcuyos tableros son estáticamenteindependientes uno de otro y, a suvez, independientes, desde el puntode vista de flexión, de los apoyos quelos sostienen.

Puentes Hiperestáticos: Es aquelcuyos tableros son dependientes unode otro desde el punto de vistaestático, pudiendo establecerse o nouna dependencia entre los tableros ysus apoyos.


Tipos de Puentes.Según el anclaje: Puentes fijos: aparecen anclados

de forma permanente en las pilas.Dentro de este tipo están lospuentes de placas, cuya armaduraes una plancha de hormigónarmado o pretensado que salva ladistancia entre las pilas. Es unaconstrucción bastante usual en lasautopistas.

Puentes móviles: puedendesplazarse en parte para dar pasoa embarcaciones

Puentes de pontones: apoyadossobre soportes flotantes,generalmente móviles, y se usanpoco.


Elementos de un Puente.Los puentes constan fundamentalmente de dos partes:• Superestructura: Es la parte del puente en donde actúa la

carga móvil, y está constituida por: tablero, vigaslongitudinales y transversales, apoyos, juntas, aceras, barandas,capa de rodadura , drenaje, u otras instalaciones.

• Infraestructura o Subestructura: Es la parte del puente quese encarga de transmitir las solicitaciones al suelo decimentación y está constituida por: fundaciones, estribos,aletas, pilas.



Sección de Desagüe: Esta sección debeproporcionar con seguridad un cruce de lasmayores crecientes de agua probablesdurante el lapso de tiempo útil.

Tirante de Aire: Distancia entre el nivelmáximo de aguas y la parte inferior deltablero.

Alteración del Régimen del Río: Laspilas y los estribos disminuyen la secciónpor lo que:- Se incrementa la velocidad hasta el

punto de erosionar el lecho del río ysocavar las fundaciones.

- Remansos aguas-arriba del puente, quepodría producir inundaciones de lasriberas.


Componentes de un Puente.


Funcionamiento del Arco y la Bóveda. El arco es un artificio constructivo compuesto

por dovelas que al colocarlas de unadeterminada forma se consigue la estabilidad delconjunto por la simple fuerza de la gravedad quelas hace trabajar sólo a compresión y superar elvacío bajo ellas desprendiéndose de sumaterialidad. Las tres condiciones que debesatisfacer este tipo de estructura es que searígida, resistente y estable.

Las bóvedas fueron empleadas por los romanosen la construcción de sus puentes. Utilizaronpreferentemente el arco de medio punto, conmenor intensidad la forma rebajada. El usomayoritario del arco semicircular quizá lojustifique la creencia errónea de que los empujesllegaban a los arranques de forma tangencial a lacurva, o sea vertical.

Generalidades para el Diseño de Puentes.


Estudios Preliminares:1. DatosTopográficos:• Plano topográfico del sitio.• Perfiles longitudinales por el eje del puente y según los dos

bordes de la vía.• Secciones transversales de los sitios donde se prevé colocar

los apoyos• Perfil del eje del rio ó de la vía inferior en los cruces a dos

niveles.2. Datos Hidrológicos:• Los niveles de aguas normales y aguas máximas probables en

el sitio del puente.• Registro de los aforos y de las precipitaciones fluviales.• Características de la hoya hidrográfica aguas arriba.


Generalidades para el Diseño de Puentes.3. Estudios de Suelos o Geotécnicos:

La elección del tipo de sub-estructura y cimentación que se va a utilizar enbuena medida, depende de los resultados del estudio de suelos.

Generalmente, se plantea el eje del puente y se realizan las exploracionescorrespondientes para determinar las características de los estratos en losapoyos del puente.

Descripción de los materiales de construcción obtenibles alrededor del sitio.

Dependiendo de la envergadura del proyecto y del tipo de suelo se podránrealizar ensayos de refracción sísmica, complementados por perforaciones oexcavaciones de verificación en sustitución a los trabajos antes mencionado.

4. Estudio geológico del cauce.

Para obtener un estudio eficiente, se debe investigar que afluentes se suman alcauce del río o riachuelo, siguiendo la corriente del mismo, hasta llegar a ladesembocadura final.

Se describe la ubicación de la cuenca y cuales son los principales materialescircundantes, se debe proporcionar a que altura sobre el nivel del mar seencuentra, afloramientos principales y principalmente como contribuye aldesarrollo del lugar.


5. Estudios de Riesgo Sísmico:Los estudios de riesgo sísmico tendrán como finalidad la determinación de espectros dediseño que definan las componentes horizontal y vertical del sismo a nivel de la cota decimentación.

6. Estudios de Impacto ambiental:• Definir el grado de agresividad del medio ambiente sobre la subestructura y la

superestructura del puente.• Establecer el impacto que pueden tener las obras del puente y sus accesos sobre el

medio ambiente, a nivel de los procedimientos constructivos y durante el servicio delpuente.

7. Estudio delTráfico:Dependiendo de la magnitud de la obra, será necesario efectuar los estudios de tráfico(volumen y clasificación de tránsito), con el objetivo de determinar las características de lainfraestructura vial y la superestructura del puente.

8. Informaciones Generales:Trazos de la Vía, Efectos climatológicos, Derechos de propiedad, Derechos de paso,Posibilidad de navegación, Servicios públicos ubicados en la zona, Facilidades de transporte,Disponibilidad de la obra de mano y alojamiento.




Etapas para un Proyecto de Puente:1. Ubicación o Localización del Puente:

Es el primer paso que se debe tener en cuenta en un proyecto de puente, ya que sudeterminación de la posición se basa tanto en el alineamiento como altura del puente,estableciéndose el eje y el perfil de la estructura.

Características de la vía: ancho y número de canales de circulación, aceras, hombrillos,isla central y defensas.

Geometría del eje vial: alineamiento y curvatura (coordenadas), perfil del rio o de lavía inferior.

Geometría de la super-estructura: longitud total y alineamiento del puente, planta,elevación y anchura., condiciones del claro a salvar, accesibilidad al sitio.

Los niveles de Creciente y el tirante de aire requerido por la navegación o porvegetación, velocidad del rio y su poder de socavación y/o la formación de meandros.

Las condiciones geotécnicas del sitio: características topográficas, tipo de suelo(granulometría, resistencia y deformación) y el nivel freático.

Tipo y Magnitud de Cargas: cargas permanentes y cargas transitorias (cargas devehículos, peatonales, de fluidos, de sismo, de hielo y de colisiones).

Otros: Infraestructura adyacente subterránea, espacio disponible y acceso al sitio deconstrucción, obras de protección.



2. Tipo de Puente:• Seguridad• Permanencia• Economía• Estética



• Elección del Tipo de Puente

Para elegir el tipo de puente más adecuado, se debe tener en cuenta:

El fin a que se destinará el puente.

La magnitud de su abertura.

Las condiciones del terreno y en especial la forma de la depresión.

Las características del subsuelo en el sitio del puente.

Otras consideraciones económicas y de conveniencia particular.




3. La forma y Dimensiones:Se refiere a los elementos que loscomponen, como por ejemplo:

a) Los accesos, formados porrellenos compactados, con su taludgeneral o confinados dentro demuros de sostenimiento (murosde retorno).

b) La superestructura, formada por lacalzada y las vigas, que salvan losvanos entre los apoyos del puente.

c) La infraestructura, formada por losestribos y las pilas que soportan lasuperestructura.

d) Las fundaciones, que transmiten ydistribuyen las cargas a losestratos portantes del subsuelo.



4. Dispositivos del Puente:• La carpeta de rodamiento, si

esta especificada, y las losasde acceso en los extremosdel puente.

• El drenaje de la calzada y delos accesos.

• Las barandas y defensas.• La protección de los

márgenes y de los apoyosdel puente.

• Tratamiento arquitectónicoy la iluminación.



5. Programación de la Obra:Una vez finalizado el proyecto de unpuente, se debe planear y dirigir lasoperaciones necesarias paraconstruirlos, como las previsiones delproyecto y para ello se requiere: Seleccionar el método

constructivo mas adecuado. Escoger los equipos necesarios

para realizar el proceso. Planificación del orden como debe

ejecutarse las diversas operacionesy el tiempo necesario paraejecutarlas.

Los materiales necesarios paraconstruir los elementos delpuente.



Presupuesto de la Obra.

Documents

Unidad I. Ingeniería de Puentes