PROYECTO-DE-ESTATICA-TERMINADO.docx
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FACULTAD DE INGENIERÍA
CARRERA: INGENIERÍA CIVIL
ESTÁTICA
“CARGAS DISTRIBUIDAS EN UN PUENTE ARCO ATIRANTADO”
AUTORES:
CÓDIGO APELLIDOS Y NOMBRES C1 C2 C3 C4 C5 C6 Total
60113 ECHEVARRIA CARRION, TATIANA
55214 CORREA BRICEÑO,LINDER
57539 GOMEZ URIOL, GERALDINE
62166 HERMANDES ESPINOZA, KELLY
60301 HURTADO VITERY, ANTONINO
58269 YUCRA GUERRA, MARGARITA
Docente: Loyaga castro Jesús Felipe
1
INDICE
ÍNDICE:
I. Carátula……………………………………………………………… Pág. 1
II. Índice………………………………………………………………... Pág. 2
III. Resumen……………………………………………………………... Pág. 3
IV. Planteamiento del Problema
a) Entorno problemático……………………………………………. Pág. 4
b) Formulación del problema……………………………………….. Pág. 5
V. Formulación de la Hipótesis………………….……………………… Pág. 6
VI. Objetivos
a) Objetivo General……………………….………………………… Pág. 7
b) Objetivos Específicos…………………...……………………....... Pág. 7
VII. Marco Teórico
a) Diagrama del cuerpo libre...……………………………………….. Pág. 8
b) Primera condición de equilibrio………………………………….... Pág.9
c) Centro de gravedad...…...………………………………………..... Pág. 9
d) Puentes…………...………………………………………….....….. Pág. 10
e) Tipos de Puentes…………………………………………………... Pág. 10
f) Partes de un puente...……………………………………………… Pág. 12
g) Estribo de un puente.………………………………………………. Pág. 14
VIII. Procedimiento………………….………………………………………. Pág. 15
IX. Conclusiones………………………………………………………….... Pág. 19
X. Referencias……………………………………………………………... Pág. 20
XI. Anexos…………………………………………………………………..
(ANTONINO ARREGLA EL INDICE )
PORCIACASO EN ANEXOS EMPIESA OTRA NUMERACIÓN
2
INTRODUCCIÓN
El presente trabajo es una aplicación de los temas de Estática aplicando cargas
distribuidas a un caso real que se presenta en el campo laboral del Ingeniero Civil.
Un puente es una construcción 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 otro obstáculo.
El diseño escogido es dependiendo de su función y la naturaleza del terreno sobre
el que esté construido.
El proyecto y cálculo pertenecen a la carrera de Ingeniería Civil, 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.
Nuestro trabajo se orienta al análisis estático de una parábola, la cual soporta
dichas cargas por medio de los cables del “Puente Bolognesi”, en la ciudad de
Piura, siendo un modelo de puente de arco con el fin de proponer alternativas de
solución en el caso que sea desfavorable.
Cuando existe sobrepeso en el “Puente Bolognesi”, ya sea por congestionamiento
de tránsito o por un vehículo con gran carga, esto viene a ser el caso
desfavorable; y cuando la carga de los vehículos es soportada, es el caso
favorable.
Para ello se hicieron los cálculos necesarios para determinar la carga total de los
estribos y cables sobre la plataforma y arco.
3
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA:
¿De qué manera se puede calcular las fuerzas cortantes y momentos en el puente Bolognesi de Piura?
HIPÓTESIS:
Con los métodos de seccionamiento, nodos y el principio de equilibrio, vamos a
poder resolver los parámetros de dicho puente, porque con ello podemos
encontrar el comportamiento de los momentos cortantes y el momento flexor que
actúan en el puente.
Ante esto, nosotros, como estudiantes del tercer ciclo de la carrera de Ingeniería Civil, en
el curso de ESTÁTICA, analizaremos la resistencia DEL “PUENTE BOLOGNESI” para
determinar su carga máxima soportada con el fin de dar alternativas de solución para un
caso desfavorable, las cual puede ser incrementar la resistencia en la zapata o en la
estructura del arco en la que aplicando nuestros conocimientos de estática al campo de la
ingeniería civil; lo que nos permitirá resolver nuestra situación problemática y proponer un
mecanismo que mejore el proceso de construcción de un puente.
OBJETIVOS:
General :
Encontrar las cargas distribuidas y fuerzas que actúan en toda la armadura del puente
Específicos :
Poner en práctica la teoría del curso estática par la aplicación de nuestro ejercicio a desarrollar
Encontrar el momento cortante y el momento flector en la plataforma del puente con carga vehicular
Analizar las cargas distribuidas en los estribos cuando está sometido a un peso
4
Encontrar el esfuerzo que generan las tenciones en el arco cuando estas están sometidas a una carga.
MARCO TEÓRICO:
a) DIAGRAMA DE CUERPO LIBRE (DCL):
Es un diagrama vectorial que describe todas las fuerzas que actúan sobre un cuerpo u
objeto en particular. Consiste en colocar la partícula en el origen de un plano de
coordenadas, y representar a las fuerzas que actúan sobre ella por medio de los
vectores correspondientes, todos concurrentes en el origen. La mayor aplicación de
los DCL es visualizar mejor el sistema de fuerzas que actúan sobre un cuerpo;
además, se identifican mejor las fuerzas pares, como la de acción - reacción y las
componentes de las fuerzas. Si en un sistema existen dos o más cuerpos de interés,
éstos se deben separar y cada uno tiene un DCL propio con sus respectivas fuerzas
actuando.
b)PRIMERA CONDICIÓN DE EQUILIBRIO:
Un cuerpo se encuentra en equilibrio de traslación si la fuerza resultante de todas las
fuerzas externas que actúan sobre él es nula.
Matemáticamente, para el caso de fuerzas coplanarias, se debe
cumplir que la suma aritmética de las fuerzas o componentes que
tienen dirección positiva del eje X es igual a la suma aritmética de
las que tienen dirección negativa del mismo. Análogamente, la
suma aritmética de las fuerzas o componentes que tienen dirección
5
positiva del eje Y es igual a la suma aritmética de las que tienen dirección negativa del
mismo.
FUERZA DE TRACCIÓN
La fuerza de tracción es el esfuerzo a que está sometido un cuerpo por la aplicación de
dos fuerzas que actúan en sentido opuesto, y tienden a estirarlo.
En un puente colgante la fuerza de tracción se localiza en los cables principales.
Un cuerpo sometido a un esfuerzo de tracción sufre deformaciones positivas
(estiramientos) en ciertas direcciones por efecto de la tracción.
La fuerza de tracción es la que intenta estirar un objeto (tira de sus extremos fuerza que
soportan cables de acero en puentes colgantes, etc.)
El hecho de trabajar a tracción todos los componentes principales del puente colgante ha
sido causa del escaso desarrollo que ha tenido este tipo de puente hasta el pasado siglo;
así, ha permanecido en el estado primitivo que a un se encuentra en las zonas
montañosas de Asia y América del Sur (simples pasarelas formadas por trenzados de
fibras vegetales) hasta que se dispuso de materiales de suficiente resistencia y fiabilidad
para sustituirlas.
Cada material posee cualidades propias que definen su comportamiento ante la tracción.
Algunas de ellas son:
• Elasticidad
• Plasticidad
• Ductilidad
• Fragilidad
FUERZA DE COMPRESIÓN
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La fuerza de compresión es la resultante de las tensiones o presiones que existe dentro
de un sólido deformable o medio continuo, caracterizada porque tiende a una reducción
de volumen o un acortamiento en determinada dirección.
La fuerza de compresión es la contraria a la de tracción, intenta comprimir un objeto en el
sentido de la fuerza.
La fuerza de compresión es un estado de tensión en el cual las partículas se aprietan
entre sí. Una columna sobre la cual se apoya una carga, se halla sometida a una
solicitación a la compresión.
Compresión es el estado de tensión en el cual las partículas se "aprietan" entre sí. Una
columna sobre la cual se apoya un peso se halla sometido a compresión, por ese motivo
su altura disminuye por efecto de la carga.
Las deformaciones provocadas por la compresión son de sentido contrario a las
producidas por tracción, hay un acortamiento en la dirección de la aplicación de la carga y
un ensanchamiento perpendicular a esta dirección, esto debido a que la cantidad de masa
del cuerpo no varía. Las solicitaciones normales son aquellas fuerzas que actúan de
forma perpendicular a la sección; por lo tanto, la compresión es una solicitación normal a
la sección ya que en las estructuras de compresión dominante la forma de la estructura
coincide con el camino de las cargas hacia los apoyos, de esta forma, las solicitaciones
actúan de forma perpendicular provocando que las secciones tienden a acercarse y
"apretarse".
FUERZA DE CORTANTE
La tensión cortante o tensión de corte es aquella que, fijado un plano, actúa tangente al
mismo. Se suele representar con la letra griega tau .En piezas prismáticas, las tensiones
cortantes aparecen en caso de aplicación de un esfuerzo cortante o bien de un momento
flector
En piezas alargadas, como vigas y pilares, el plano de referencia suele ser un paralelo a
la sección transversal (i. e., uno perpendicular al eje longitudinal). A diferencia del
esfuerzo normal, es más difícil de apreciar en las vigas ya que su efecto es menos
evidente.
7
c) PUENTES:
Los puentes son estructuras que los seres humanos han ido construyendo a lo largo
de los tiempos para superar las diferentes barreras naturales con las que se han
encontrado y poder transportar así sus mercancías, permitir la circulación de las
personas y trasladar sustancias de un sitio a otro.
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. Al momento de analizar el diseño de un puente, la calidad del
suelo o roca donde habrá de apoyarse y el régimen del río por encima del que cruza
son de suma importancia para garantizar la vida del mismo.
d) TIPOS DE PUENTES:
Básicamente, las formas que adoptan los puentes son 5, que, por otra parte, están
directamente relacionadas con los esfuerzos que soportan sus elementos
estructurales y constructivos. Estos son:
Puente atirantado
Puente viga,
Puente de ménsula,
Puente de arco,
Puente colgante
Fig.1Tipos de puentes
8
En Viga En Ménsula En Arco
Colgante Apuntalado
Atirantado
PUENTES DE ARCO:
Están constituidos básicamente por una sección curvada hacia arriba que se apoya
en unos soportes o estribos y que abarca una luz o espacio vacío. En ciertas
ocasiones el arco es el que soporta el tablero del puente sobre el que se circula,
mediante una serie de soportes auxiliares, mientras que en otras de él es del que
depende el tablero mediante la utilización de tirantes. La sección curvada del puente
está siempre sometida a esfuerzos de compresión, igual que los soportes, tanto del
arco como los auxiliares que sustentan el tablero. Los tirantes soportan esfuerzos de
tracción.
9
Fig.2: Puente de arco en EE.UU Fig.3: Puente de las Américas
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 ya que da lo mismo.
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.
PUENTE DE ARCO ATIRANTADO:
Un puente en arco atirantado (en inglés:
Tied-arch bridge) es un tipo de puente en
arco en el que las fuerzas horizontales del
arco, o cuerda superior, son transmitidas
por la tensión de la cuerda inferior (ya sea
por tirantes o por el propio tablero), en
lugar de ir hacia el suelo o los cimientos
del puente.
Los empujes hacia abajo en el tablero se traducen, como tensión, por fuerzas
verticales del tablero a la cuerda superior curvada, que tienden a aplanarla, y por
lo tanto, presionan a sus extremos hacia fuera, hacia los estribos, al igual que en
otros puentes en arco. Sin embargo, en un puente en arco atirantado, estos
movimientos están restringidos, no por los estribos, sino por la cuerda inferior, que
10
une estos puntos, tomando los empujes como tensión, algo así como la cuerda de
un arco que está siendo aplastado.
Por eso a este diseño a veces también se le llama «puente en arco de cuerda» o
«puente de viga en cuerda»
La eliminación de las fuerzas horizontales en el estribo permite que este tipo de
puentes se construyan con cimentaciones menos sólidas, por lo que se pueden
situar sobre pilonas elevadas o en áreas de suelos inestables.1 Además, ya que
su integridad no depende de las fuerzas de compresión horizontales, los puentes
en arco atirantados pueden ser prefabricados fuera del sitio, y posteriormente ser
colocados en su sitio, bien transportándolos flotando, arrastrados o izándolos. Un
caso notable de estos procedimientos fue la instalación del puente Fremont, en
Portland, Oregón.
Cuando la distancia a salvar es grande pueden estar hechos con una serie de arcos,
aunque ahora es frecuente utilizar otras estructuras más económicas. Los antiguos
romanos ya construían estructuras con múltiples arcos para
construir puentes y acueductos.
Este tipo de puentes fueron inventados por los antiguos griegos, quienes los construyeron
en piedra. Más tarde los romanos usaron cemento en sus puentes de arco. Algunos de
aquellos antiguos puentes siguen estando en pie. Los romanos usaron solamente puentes
de arco de medio punto, pero se pueden construir puentes más largos y esbeltos
mediante figuras elípticas o de catenaria invertí
1.- PUENTES DE ARCO DE COMPRESION SIMPLE:
1.1.-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 (clave) en el medio
11
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.
Fig.4 Puente de la Vicaria
Fig.5 Estructuras metálicas
1.2 SECUENCIA DE
CONSTRUCCIÓN
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.
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
12
con grandes cuñas formando rampas a las entradas en el puente, que también
pueden estar formadas por más arcos.
Fig.6 Modelo constructivo
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 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.
Finalmente se pavimenta la vía y se construyen los muros quitamiedos.
Fig.7 Muros quitamiedos
2.-ACUEDUCTOS Y CANALES:
A veces, en algunas zonas es necesario unir dos
puntos distantes con un puente a gran altura, como
cuando es un canal o un suministro de agua y se
debe cruzar un valle. En vez de construirse arcos
muy grandes o columnas de soporte muy altas
13
(difícil cuando se usa piedra), se construyen series de estructuras en arco, unas sobre las
otras, con estructuras más anchas en la base. Los ingenieros civiles romanos
desarrollaron y refinaron mucho el diseño y construcción de estas estructuras usando
solamente materiales, equipamiento y matemáticas simples. Estas construcciones se
siguen usando en viaductos de canales y carreteras como también tiene una forma
agradable, particularmente cuando se cruza una vía de agua, y los reflejos de los arcos
forman una impresión visual de ser arcos o elipses. Fig.8 Viaducto de Garabit,
Francia
2.1 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 u 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.
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.
Un puente en arco es el más antiguo y más fuerte de los puentes; algunos de ellos han
sobrevivido desde tiempos de los antiguos romanos. La mayoría de estos puentes ya no
son construidos en piedra, sino de partes estructurales de acero atornilladas entre sí,
posiblemente en combinación con otros puentes de distintos diseños.
Inicialmente, los puentes fueron hechos con madera y eran a menudo tan simples como
un tronco a través de un arroyo. Los Incas entonces comenzaron a usar puentes de
cuerda para ir de una montaña a otra. En la
época medieval, ganaron popularidad los
puentes de piedra o de arco. En el siglo cuatro
14
antes de Cristo se usaban cadenas de hierro para suspender los puentes en India. Los
puentes modernos, sin embargo, necesitan materiales especiales de construcción para
apoyar sus enormes tramos y alturas, y para ofrecer la resistencia necesaria para
garantizar la seguridad de los viajeros
Fig.9 El puente del puerto de Sidney
2.1.1 Piedra artificial y ladrillo:
Históricamente, los puentes de piedra han demostrado ser unos de los más fuertes y
duraderos de todos los puentes, pero el corte y procesamiento de la piedra necesaria
también los convierte en los más caros de construir. Por lo tanto, la piedra está siendo
sustituida por una réplica artificial de la piedra. Una vez más, debido a las limitaciones de
costo, su uso se limita a la superficie para los toques estéticos finales, y el ladrillo a
menudo reemplaza a la piedra donde las estructuras circundantes también usan
predominantemente este material.
Fig.10Piedra artificial y ladrillo
2.1.2 Hormigón
A pesar de verse suave y sin brillo en la superficie, el hormigón se ha convertido en el
material de construcción preferido para casi todas las estructuras del mundo, y los
puentes no son una excepción. La capacidad de verter el hormigón en cualquier forma o
tamaño lo hace ideal para la construcción de puentes, ya que no necesita de un corte o
moldeo. Para añadirle más fuerza, el hormigón es a menudo previamente comprimido y
reforzado con acero. En la superficie, el hormigón es propenso a la corrosión por el agua
salada y los contaminantes en el aire como el dióxido
15
de carbono y dióxido de azufre. Esto se remedia usando otros materiales para cubrir la
superficie.
Fig. 11 Hormigon
2.1.3 Acero
Aparte de ser utilizado para reforzar el hormigón, el acero es también muy utilizado como
un material de construcción primario para puentes. En los cables para los puentes
colgantes que se elevan suspendidos, es el principal material utilizado. Las resistencias a
la compresión y a la tracción del acero son de 10 a 100 veces el promedio del hormigón,
respectivamente, permitiendo que largos tramos de puentes reciban apoyo de un menor
número de columnas. Además, siendo un metal, el acero tiene una ductilidad, o capacidad
de doblarse, estirarse o deformarse sin romperse, mucho mayor al hormigón. Sin
embargo, la corrosión es una preocupación importante, y requiere un revestimiento de
aleación para protegerlo de los elementos.
Fig. 12 Acero inoxidable para puentes armadura de puentes de arco
2.1.4 Aluminio
16
Aunque no es tan fuerte como el acero, el aluminio o
una de sus aleaciones reforzadas se utilizan como un
sustituto para los puentes que no requieren la
resistencia del acero. También es resistente a la
corrosión y más atractivo estéticamente. Las hojas de
aluminio son a veces utilizadas como material para la
superficie de los puentes construidos con otros
materiales, como se menciona en el artículo "Influencia
de los materiales de construcción de puentes".
Fig.13 placas de aluminio
3.- VENTAJAS DE UN PUENTE DE ARCO ATIRANTADO:
Los fundamentos del puente colgante se encuentran en el antiguo diseño del puente
colgante Inca. En el mundo moderno, el puente de arco más largo es de Akashi Kaikyo de
Japón, que se extiende por 6432 pies (1929 m).
Fig. 14 Akashi Kaikyo de Japón
Un puente de arco es una estructura semicircular con los estribos en cada extremo. El
diseño del arco, el semicírculo, desvía naturalmente el peso de la cubierta del puente
hacia los estribos. 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 la 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 superficie inferior
Ventajas económicas
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El área abarcada por un puente de arco es muy larga en proporción a la cantidad de
materiales exigidos para la construcción de puentes.
Ventaja en la altura
Construidos sobre vías navegables, los puentes de arcos pueden construir elevados,
permitiendo el paso de barcos altos sin obstáculos causados por el puente.
Ventajas de la construcción
Durante la construcción, los soportes centrales temporales no necesitan construirse, y el
acceso a la construcción no exige que sea por debajo. Esto significa que las carreteras
concurridas y las vías no necesitan ser interrumpidas.
Ventajas y desventajas de flexibilidad
La flexibilidad agregada de los puentes de arco les permite flexionarse bajo el poder de
los vientos y terremotos. Sin embargo, los puentes de arco pueden ser inestables en
condiciones extremadamente turbulentas, con casos extremos que exijan el cierre
temporal del puente.
Desventajas de la fundación
Cuando son construidos en un terreno blando, los puentes de arco exigen trabajos
costosos y extensos de cimentación para combatir los efectos de la carga pesada en las
torres de la fundación.
Cargas pesadas
La flexibilidad puede ser una desventaja para los puentes de arco, los cuales pueden
flexionarse bajo cargas pesadas y concentradas. Estos no se utilizan generalmente en los
cruces ferroviarios regionales que llevan las cargas máximas de peso, causando estrés
adicional en el puente.
18
Fig. 15 Puente de arco con armadura
4.- PARTES DE UN PUENTE DE ARCO ATIRANTADO
La superestructura o conjunto de tramos que salvan los vanos están situados entre los
soportes. Cada tramo de la superestructura está formado por un tablero o piso, una o
varias armaduras de apoyo y por las riostras laterales. El tablero soporta directamente las
cargas dinámicas y por medio de la armadura transmite las tensiones a pilas y estribos.
L a infraestructura está formada por:
19
Fig. 16 infraestructuras de un puente de arco
4.1 PORTICO: Construcción que sostiene en el suelo el peso de una carga
suspendida
4.2 ARCO: Arco en en forma de bóveda sostenida por los estribos
4.3 TABLERO: Plataforma del puente conformado por la loza y la viga
4.5 CUERDA INFERIOR: Pieza de apoyo inferior
4.6 CUERDA SUPERIOR: Pieza de apoyo superior
4.7 PILAR: Pilón de mampostería que sirve el soporte
4.8 CLAVE O TENSORES: Es la sección perpendicular al arco (directriz), en el
punto más alto de su directriz. Directriz, es la línea que une los centros de
gravedad de las diferentes secciones transversales del arco, es el eje del arco.
4.9 ARRANQUE: Es la sección perpendicular al eje del arco en su punto más bajo,
siendo una sección común al estribo y al arco.
4.10 DOVELA: Es la porción de arco comprendida entre el extradós y el intradós
limitada por dos secciones transversales del arco.
4.11 EXTRADÓS: es la superficie exterior del arco.
4.12 INTRADÓS: es la superficie interior del arco.
4.5 ESTRIBOS: Situados en los extremos del puente sostienen los terraplenes
que conducen al puente. A veces son reemplazados por pilares hincados que
permiten el desplazamiento del suelo en su derredor. Deben resistir todo tipo de
esfuerzos por lo que suelen construir un hormigón armado y tener formas diversas.
ESTRIBO DE UN PUENTE
Un estribo o contrafuerte es la parte de un puente destinada a soportar el peso del
tablero.
Sus objetivos son los siguientes:
20
•Transmitir el peso a los cimientos.
•Mantener la disposición de la tierra.
•Unir la estructura a las vías de
acceso.
•Servir de apoyo a un arco dentro de
una estructura.
4.6 CIMIENTOS O APOYOS DE ESTRIBOS Y PILARES: Encargados de
transmitir al terreno todos los esfuerzos. Están formados por las rocas, terreno o
pilotes que soportan el peso de estribos y pilas.
4.7 LAS ARMADURAS: pueden trabajar a flexión (vigas), a tracción (cables) a
flexión y compresión (arcos y armaduras), etc.
Fig. 17 infraestructuras de un puente de arco
CADA TRAMO DE UN PUENTE CONSTA DE:
21
Una o varias armaduras de apoyo, pueden ser:
PLACAS, VIGAS Y JABALCONES: transmiten las cargas mediante flexión o
curvatura principalmente.
CABLES: la soportan por tensión.
VIGAS DE CELOSÍA: cuyos componentes las transmiten por tensión directa o por
comprensión.
ARCOS Y ARMADURAS RÍGIDAS: lo hacen por flexión y compresión a un
tiempo.
Un tablero o piso: Soporta directamente las cargas dinámicas (tráfico) y por medio
de las armaduras transmite sus tensiones a estribos y pilas, que, a su vez, las
hacen llegar a los cimentos, donde se disipan en la roca o en el terreno
circundante. Está compuesto por:
PLANCHAS
VIGAS LONGITUDINALES O LARGUEROS: sobre los que se apoya el piso.
VIGAS TRANSVERSALES: soportan a los largueros.
22
Fig. 18 Tipos de infraestructuras de un puente de arco
5.- PUENTE PROTOTIVO DE EVALUAR NUESTRO PROYECTO
PUENTE DE BOLOGNESI DE PIURA
Este puente conecta las ciudades de Piura y Castilla y atraviesa el río Piura.
El puente Bolognesi se sitúa en la ciudad de Piura, en el norte del Perú, y es uno de los
puentes que une las ciudades de Piura y Castilla. Durante el fenómeno El Niño de los
años 1997-1998 fue destruido, causando varias víctimas. El puente fue reconstruido en
los años 2000-2001. El nuevo puente, tipo arco atirantado, con una luz de 130 m, sin
apoyos al interior del río, se apoya en 4 Caissons de más de 20 m de profundidad que se
apoyan en la formación Zapayal. Se ha convertido en un hito importante en la ciudad. En
la margen derecha del río, a la entrada del puente se ha colocado un monumento
recordatorio de las víctimas fallecidas en el desmoronamiento del puente viejo.
Se denomina cimentación al conjunto de elementos
estructurales cuya misión es transmitir las cargas de la
edificación o elementos apoyados a este al suelo
distribuyéndolas de forma que no superen su presión
admisible ni produzcan cargas zonales. Debido a que la
resistencia del suelo es, generalmente, menor que la de los
pilares o muros que soportará, el área de contacto entre el
suelo y la cimentación será proporcionalmente más grande
que los elementos soportados (excepto en suelos rocosos
muy coherentes).
La cimentación es importante porque es el grupo de elementos que soportan a la
superestructura. Hay que prestar especial atención ya que la estabilidad de la
construcción depende en gran medida del tipo de terreno.
23
La formación Zapallal está constituida por capas de origen marino del Mioceno Superior,1
cubiertas por materiales aluviales, sedimentados por el río Piura, y depósitos provenientes
del desierto de Sechura, transportados estos últimos desde el sur por los vientos alisios.
En la zona donde se encuentra la ciudad de Piura, la formación Zapallal se encuentra a
una profundidad entre 10 y 20 m, con afloramientos localizados
Fig. 18 Tipos de infraestructuras de un puente de arco
Puente Bolognesi
País Perú
Localidad Piura
Coordenadas 05°12′03″S 80°37′31″O
Longitud 150m
Arquitectos C.Lotti & Associati Ing. Alfredo Bianco
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Geymet
Ingenieros Calculista: Ing. Hariton Dumitrescu
Tipo atirantados
Material Acero
Fig. 18 Tipos de infraestructuras de un
puente de arco
CARACTERISTICAS DE LA OBRA:
Tiene una extensión de 150 M cuenta 4 carriles + 2
veredas. La arquitectura fue diseñada por C.Lotti y
Associati ing. Alfredo Bianco Geymet Calculista: ing.
Hariton Dumitrescu. La supervision de consorcio
Sondotécnica - Serconsult. La construccion del puente
por sima perú y las pendolas por Samayca Ingenieros
S.A.C
Puente de arco atirantado ubicado en la ciudad de Piura, sobre el río del mismo nombre.
Une dicha urbe y el distrito de Castilla.
Tiene 150 metros de largo, por lo que es el mayor de su tipo en el país. Posee cuatro
carriles (dos en cada dirección) y veredas peatonales. Fue construido por el Servicio
Industrial de la Marina (SIMA) e inaugurado el año 200
25
Gracias a su diseño, con apoyos únicamente en tierra firme, no está a merced de las
turbulentas aguas del río Piura, como lo estuvieron los tres puentes arrasados durante el
último Fenómeno del Niño, en el año 1998.
El puente Bolognesi funciona como enlace de las ciudades de Piura y Castilla,
atravesando el río Piura. Este puente guarda en sí mismo una trágica historia, durante el
fenómeno del niño (1997-1998) fue destruido causando varías víctimas mortales.
Por los años 2000-2001 fue reconstruido convirtiéndose en un puente más funcional y
estético. El nuevo puente está formado por un arco atirantado sin soporte en el interior del
río y con pozos de cimentación de más de veinte metros de profundidad que se apoyan
en la formación zapayal.
En la margen derecha del río, a la entrada del puente se ha colocado un monumento
recordatorio de las víctimas fallecidas con el desmoronamiento del puente viejo, que nos
hacen recordar esos malos momentos.
a. Caída del Puente Bolognesi
En 1998 Piura perdió al puente Bolognesi, cuya parte central cayó al cauce del rio Piura el
lunes 16 de marzo, esto causó la muerte de varias personas, cuyos cadáveres de
algunas, aún no han sido recuperados, lo mismo que vehículos.
Fue reconstruido en el año 2000, el nuevo puente tiene un arco atirantado son soporte en
el interior del rio. En este nuevo puente se puso una estatua de un ángel en memoria a los
20 piuranos que perdieron la vida el fatídico día de la caída del puente.
26
Fig. 20 Observamos el armado de la estructura
Fig. 21 En proceso de terminar la estructura
VENTAJSA Y DESVENTAJAS DEL PUENTEMETALICO DE BOLOGNESI
VENTAJAS
CONSTRUCTIVOS:
Óptimo para encañonados y latas pendientes, donde no permite instalar apoyos temporales.
Facilidad para unir diversos miembros por medio de varios tipos de conectores como son la soldadura, los tornillos.
Rapidez de montaje
Gran capacidad de laminarse y en gran cantidad de tamaños y formas
Resistencia la fatiga.
AMBIENTALES:
No contaminan el medio ambiente
No requiere la utilización de los recursos naturales
Se minimizan los residuos que afectan el entorno ecológico.
28
El acero es 100% reciclable
ECONOMICAS:
Disminución de cargas muestras entre 40% a 50% reduciendo los costos en cimentación.
Beneficios económicos para la región por el plazo reducido de la obra
Menores costos para ampliación de capacidad.
DESVENTAJAS:
Requieren mantenimiento frecuente al estar expuestos a los cambios climáticos como:
Corrosión
Protección contra el fuego
Protección contra el fuego
DESARROLLO DEL PROYECTO
Hallamos la ecuación del arco a partir de la cantidad de tirantes que existen, distancia del puente y el punto máximo de la parábola:
Dónde:
Cantidad de tirantes = 17
Distancia del puente = 150m
29
Distancia entre cables = 150/18 = 8.33
Altura del arco = 30m
Tabulamos:
x Y
0 0
8.33 7.17
16.66 13.08
24.99 17.82
33.32 21.7
41.65 24.77
49.98 27.09
58.31 28.72
66.64 29.68
74.97 30
83.3 29.68
9.63 28.72
99.96 27.09
108.29 24.77
116.62 21.7
124.95 17.82
133.28 13.08
141.61 7.17
149.98 0
30
Lo cual nos bota la ecuación de la parábola y=−0.0053 x2+0.7908 x+0.8123:
D.C.L. del puente:
Calculo de los esfuerzos en los estribos A y B con cargas:
*W arc. esdespreciable
∑M A=0
31
0 20 40 60 80 100 120 140 1600
5
10
15
20
25
30
35
f(x) = − 0.00527421941622223 x² + 0.790816459268361 x + 0.812255639097703
−(2.5∗18∗(66+9 ) )−(150∗9.66∗75 )+(B y∗150)=0
B y=3375+108750
150
B y=747Tn
∑ F y=0
A y+By−9.66∗150−18∗2.5=0
A y=1450+45−747
A y=748Tn
∑ F x=0
Ax=0
Cálculo de Tenciones:
Como el puente es simétrico y existe equilibrio, entonces las fuerzas halladas a la mitad del puente van a ser iguales a la otra mitad:
Se tiene que hallar las fuerzas en el arco por lo cual se tendrá que seccionar y dar una serie de fuerzas las cuales moldeen la parábola:
32
Usando el método de sección de nodos vamos a hallar cada fuerza, ya que el peso de la plataforma se reparte en 9 tenciones:
El peso en cada tención es:
W=9T 9.66∗75=9T T=80.5Tn
En el primer seccionamiento podemos hallar:
tan a=7.178.33
a=40.72 °
∑MC=0
−A y∗8.33+F A1∗8.33∗sin 40.72=0
33
F A1=6230.84
5.43=1146.6Tn
∑ F y=0
A y−80+T 1−FA 1∗sin 40.72=0
T 1=748+80−748=80Tn
∑ F x=0
CD=F A1∗cos40.72
CD=869.02Tn
En el segundo seccionamiento podremos hallar:
tan a=13.08−7.178.33
a=35.35 °
∑MC=0
−A y∗16.66+80+8.33−T 1∗8.33+F12∗13.08∗cos35.35 °=0
F12=12461.68110.67
F12=1167.92Tn
∑ F y=0
34
A y−80−80+T1+T 2−1167.92∗sin 35.35 °=0
T 2=−748+80+675.72
T 2=7.72Tn
∑ F x=0
DE=F12∗cos35.35 °
DE=1167.92∗cos35.35
DE=952.59Tn
En el tercer seccionamiento podremos hallar:
tan a=17.82−3.088.33
a tan−1 0.57
a=29.68 °
∑M E=0
−A y∗24.99+80 (16.66+8.33−16.66 )−7.72∗8.33+F12∗17.82∗cos29.68 °=0
F23=18692.52−666.4+64.31
15.48
F23=1168.63Tn
∑ F y=0
748−3∗80+80−7.72−T3−1168.63∗sin 29.68 °=0
−T 3=−748+80+80−7.72+578.65
−T 3=−17.07
T 3=17.07
35
∑ F X=0
EF=F23 cos29.68 °
EF=1015.31Tn
En el cuarto seccionamiento podremos hallar:
tan a=21.7−17.828.33
a=tan−1 0.47
a=25.17 °
∑M F=0
−A y∗33.32+80 (24.99−24.99+16.66+8.33 )−7.72∗16.66+17.07∗8.33+F34∗21.7∗sin 25.17=0
F34=24923.36−1999.2+128.62−142.19
9.23
F34=2482.19Tn
∑ F y=0
748−4∗80+80+7.72−17.07+T4−2482.19∗sin 25.17 °=0
T 4=1050.69−748+240−7.72+17.07
36
T 4=557.04
∑ F x=0
FG=F34∗cos25.17 °
FG=2246.5Tn
En el quinto seccionamiento podremos hallar:
tan a=24.77−21.78.33
a=tan−1 0.37
a=20.23 °
∑MG=0
−Ax∗41.65+80 (24.99+16.66+8.33 )−7.72∗24.94+17.07∗16.66−557.04∗8.33+F45∗24.77∗cos20.23=0
F45=31154.2−3998.4+192.92−284.39+4640.14
23.24
F45=31704.4
23.24
F45=1364.22Tn
∑ F y=0
748−4∗80+7.72−17.07+T 5−1364.22∗sin 20.23°=0
T 5=53.08Tn
37
∑ F x=0
GH=F45∗cos20.23 °
GH=1280.06Tn
En el sexto seccionamiento podremos hallar:
tan a=27.09−24.778.33
a=tan−1 0.28
a=15.56 °
∑M H=0
−Ax∗49.98+80 (33.32+24.99+16.66+8.33 )−7.72∗33.32−17.07∗24.99−557.04∗16.66−53.08∗8.33+F56∗27.09∗cos15.56 °=0
F56=37385.04−6664+257.23−426.58+9280.29+442.15
26.1
F56=1543.07Tn
∑ F y=0
748−5∗80+7.72−17.07−T6+557.04+53.08−1543.07∗sin 15.56 °=0
−T 6=−551.92Tn
T 6=551.92Tn
∑ F x=0
38
HI=F56∗cos15.56 °
HI=1486.49Tn
En el sétimo seccionamiento podremos hallar:
tan a=28.22−27.098.33
a=tan−1 0.14
a=7.97 °
∑M I=0
−Ax∗58.31+80 ( 41.65+33.32+24.99+16.66+8.33 )−7.72∗41.65−17.07∗33.32−557.04∗24.99−53.08∗16.66+F67∗28.32∗cos7.97 °=0
F67=43615.88−9996+3321.54−568.77+13920.43+884.31−4597.49
28.1
F67=1550.9Tn
∑ F y=0
748−6∗80+7.72−17.07+557.04+53.08−551.92−1550.9 sin 7.97 °=0
T 6=101.91Tn
∑ F x=0
IJ=F67∗cos7.97 °
IJ=1535.92Tn
39
En el octavo seccionamiento podremos observar una de las cargas de un camión de 5 ejes:
tan a=29.68−28.778.33
a=tan−1 0.11
a=6.23 °
∑M J=0
−Ax∗66.64+80 (8.33+16.66+24.99+33.32+41.65+49.98 )−7.72∗49.98+17.07∗41.65−557.04∗33.32−53.08∗24.99+551.92∗16.66−101.81∗8.33+F78∗29.68∗cos 6.23=0
¿ 49846.72−13994.4+385.84−710.96−18560.57+132381−9194.99+848.0829.50
F67=812.47Tn
∑ F y=0
748−6∗80−95+1.72−17.07+557.04+53.08−551.92+101.81−T 8−812.47∗sin 6.23=0
−T 8=−1007.75Tn
T 8=1007.75Tn
∑ F x=0
JK=F78∗cos6.23 °
JK=807.67Tn
40
En el noveno seccionamiento podremos observar una de las cargas de un camión de 5 ejes:
tan a=30−29.688.33
a=tan−1 0.04
a=2.2 °
∑M K=0
−Ax∗78+80 (58.23+49.98+41.65+33.32+24.99+16.66+8.33 )−7.72∗58.31+17.07∗49.98−557.04∗41.65−53.08∗33.32+551.92∗24.99−101.81∗16.66−F89∗30∗cos2.2=0
¿ 56100−18658.4+450.15−853.16+23200.72+1768.63−13792.48+1696.15−83903929.98
F89=1717.37Tn
∑ F y=0
748−80∗6−2∗95+7.72−17.07+57.04+53.08−551.92+101.81−1007.75+T 9+¿0
T 9=845.02Tn
41
BIBLIOGRAFIA Y/O LINKOGRAFÍA
-Citado el 20 de Mayo:http://www.ehowenespanol.com/ventajas-desventajas-
puente-colgante-hechos_77700/
-Fuente: http://www.arqhys.com/construccion/arco-puente.html
-Citado el 19 de Junio:http://peru.travelguia.net/el-puente-%E2%80%9Cbolognesi
%E2%80%9D-un-puente-con-historia.html
-Citado 22 de Junio http://www.viasatelital.com/mapas/Puente%20boloognesi.htm
Citadoel25dejuniohttp://seguros.riesgoycambioclimatico.org/conversatorio2012/
infraestructuras.pdf
-Citado el 28 de Juni http://www.viasatelital.com/mapas/Puente%20boloognesi.htm
48
ANEXOS:
49
FIG.1 MATERILAES A UTILIZAR PARA LA
ELABORACIÓN DE LA MAQUETA
FIG.2 PEGANDO LOS PALITOS DE CHUPETE PAR LA FORMACIÓN DE LOS ESTRIVOS
53
FIG.8 PEGANDO LA ESTRUCTURA CON
CILICONA
FIG.9 DEJANDO PEGAR LA
ESTRUCTURA
FIG10 TOMANDO UN AFOTO AL SECADO
DE LA MAQUETA
54
FIG10 TOMANDO UN AFOTO AL SECADO
DE LA MAQUETA
FIG.10 APRECIACION DE
LA FORMA Y DISEÑO DEL ARCO
FIG.11 PROTOTIPO FINAL DEL PUENTE
BOLOGNESI