1. Diseño.
Los pasos más importantes en el diseño de un puente son la
organización y disposición de los datos y la selección del tipo de puente. Es
aquí en donde la mayor parte de las economías se hace o se pierden.
2. Relación entre
luces de tramos.
Cuando la luz del puente es tal que pueda hacerse de una
unidad completa, el número de tramos y sus longitudes relativas están
influenciadas por la topografía del
lugar, que puede fijar la posición da pilares y estribos o por la libertad
suficiente para elegir las posiciones
de mayor economía y mejor servicio.
En aquellos lugares
donde se pueden colocar los pilares y estribos donde se deseen, la posición de
tramo extremo será:
a) Para puentes de
losas continuas:
Tramo extremo hasta 12 m……………….1.26
Tramo extremo de 12 a 17 m……………..1.31
b) Para puentes de
vigas continuas:
Tramos extremos mayores de 12 m………1.37 a 1.40
Las relaciones anteriores resultan da las relaciones peso
muerto a sobrecarga que se obtienen con las cargas tipo de la A.A.S.H.T.O, y carga de
trabajo de fs = 1260 kg/cm3 . y fc = 0.40 fc' para el momento positivo y fc =
0.45 fc' para el momento
negativo, asumiendo un
concreto de fc' = 210 kg/cm3.
Por supuesto para cualquier otro tipo de cargas o carga de trabajo habrán
ligeras variaciones de estas relaciones
Las relaciones dadas anteriormente son para tableros
continuos, que no son monolíticos con sus apoyos. Los tramos vinculados con
estas relaciones darán momentos que requieren la misma altura o peralte en la
parte central así como igual cantidad de acero, donde de esta manera un diseño
balanceado costo mínimo.
Cuando el puente es monolítico con sus apoyos se pueden
aumentar algo ésta relación, el aumento que se dé dependerá de la rigidez de
los apoyos.
En puentes largos: en zona de inundación, de ríos (zona de
desborde), cruces o desniveles muy largos, carreteras súper elevadas, etc. el
problema de libertad suficiente para escoger las luces, lo que dará un diseño
balanceado. Es deseable estar en esta
situación para tener un arreglo práctico del acero y una buena
apariencia.
Para puentes vigas, bajo condiciones promedio, la longitud
de los tramos extremos, es una serie de tramos continuos que no sean
monolíticos con sus apoyos es aproximadamente como
sigue para varios
tipos de infraestructuras de
concreto armado:
Sobre caballetes de pilotes 15 m.
Sobre caballetes tipo pórtico 15 a 20 m.
Sobre pilares sólidos de construcción ligera: 18 a 24 m.
Sobre pilares sólidos dé construcción pesada más dé 24 m.
La longitud económica de los tramos intermedios se obtienen
a partir de las relaciones dadas anteriormente.
Tablero monolítico con infraestructura
Existen algunas ventajas en construir el tablero y la infraestructura monolíticas,
pero también algunas desventajas que deben ser tenidas en cuenta.
Entre las ventajas:
1º) Puede ser muy útil un aumento en la relación entre la
luz del tramo intermedio y el exterior, cuando se necesitan unos metros extras
e luz libre, para el paso del curso de agua o carretera inferior.
2º) Reducen los momentos en la parte central y aumentan el
momento en el apoyo, lo que origina una reducción en la carga muerta.
3º) La disminución del peralte hace posible una disminución
de la altura del puente.
4º) El ancho del pilar puede disminuirse, haciendo mayor la
luz libre.
5º) Aumenta la estabilidad de la estructura.
6º) No se hace necesario, el uso de rodillo o cualquier otro
dispositivo de apoyo.
7º) Se mejora la apariencia.
Entre las desventajas tenemos:
1º) Los esfuerzos debidos a temperatura se hacen notable y
deben ser tenidos en cuenta, sobre todo cuando se trata de pilares pequeños y
muy rígidos y las luces son grandes. Igualmente cuando la luz total pasa de 60 m. y la relación de altura
a ancho de pilares es menor que doce, los esfuerzos debidos a cambios de
volúmenes se hacen grandes.
Mientras que las
ventajas parecen derrotar completamente a las desventajas, el
aumento en los esfuerzos debidos al cambio de temperatura y retracción pueden
hacerse muy grandes y la estructura no económica.
3. Tramos
articulados
Cuando la configuración necesita dos o más grupos de tramos
los grupos pueden ser unidos por una articulación cerca del punto de
contra-flexión de uno de los tramos extremos de un grupo o puede haber una articulación cerca de
cada uno de los puntos de contra-flexión o inflexión.
a) Los tramos de dos grupos pueden hacerse casi tan largo
como los tramos intermedios, mejorando la apariencia del puente.
b) Se da la junta de expansión con el tramo y no el pilar.
Si se usa una junta de dilatación en cada punto de
contra-flexión la altura del
cálculo no aumenta, sin embargo
si solamente se coloca
una junta de dilatación,
por la asimetría ocasionada hay
un recargo en
la labor de
cálculo que está
más compensada con el ahorro
en el procedimiento de construcción.
4. Selección del tipo de la estructura.
Antes de hacer un análisis de costo es necesario escoger la
infraestructura, los tipos usuales de estas son:
a) Caballetes de pilotes: los pilotes de concreto pueden ser
usados en cualquier lugar donde puedan hincarse, excepto donde la relación del
pilote es muy grande para las dimensiones y espaciamiento de los pilotes o en
aquellos lugares donde son necesarios pilares muy juntos. Para estribos
abiertos los pilotes de concreto armado rinden satisfactoriamente.
b) Caballete tipo pórtico: se pueden usar donde no se puedan
hincar pilotes o done las reacciones son muy grandes para ellos. Generalmente
pueden servir como estribos.
c) Pilares sólidos: son necesarios cuando es indispensable una
gran masa para resistir altas fuerzas de viento, hielo o protección contra el
tráfico bajo el puente.
d) Estribos cerrados: son necesarios cuando no es posible
dada la pequeña longitud construirlo abierto. Son menos económicos que los
abiertos.
5. Cargas.
Se usa para el diseño
las especificaciones por la
A.A.S.H.T.O; se puede
simplificar grandemente el cálculo
de momentos y esfuerzos
cortantes por el método
de líneas de influencia, que se
recomienda y es el que
usara para el cálculo.
6. Distribución de cargas de las ruedas.
Todavía no existe un
método exacto para el cálculo de la
distribución de las cargas de las
ruedas sin embargo para
propósitos prácticos se
pueden obtener resultados satisfactorios distribuyendo las
cargas, de la rueda para losas sólidas, de acuerdo con la siguiente fórmula:
E = 0.135 S + 3.2
En la que E es
el ancho en pies (máximo 6 pies), en el cual se
distribuye la carga de una rueda y S es
la longitud del tramo cargado en pies;
ésta fórmula se basa en un ancho de vía de 10 pies (3 metros).
En el diseño de
puentes vigas considerando la vía de tres metros la porción de carga de llanta que lleva cada viga es Sl/5 en la que S1 es la distancia centro a centro de vigas en pies.
7. Métodos De
Diseño.
El método de análisis se basa en la distribución de momentos
o método de Cross.
Momentos de empotramientos y constantes de la viga
La fórmula de los momentos finales (suma de la .serie
infinita obtenida e
las sucesivas distribuciones y compensaciones Según el método de Cross),
tienen en cuenta los siguientes valores.
M Momento de
empotramiento (negativos para cargas y alargamientos del tramo y positivo para
acortamiento el tramo).
C Factor de
compensación de Canny Over (siempre negativo).
D factor de
distribución siempre (positivo).
Los valores anteriores dependen de la manera en que varía el
momento de inercia entre los apoyos. Las curvas para estos valores, han sido
preparadas para miembros simétricos o asimétricos con el trasdós formados por dos arcos
de parábolas, con vértice en un mismo punto, el centro del tramo:
Figura 6.10
ha y hb son los valores del aumento del peralte a distancias
a y b de la línea central del tramo y se puede obtener a
partir de la ecuación de la parábola:
De las ecuaciones anteriores se puede obtener el peralte del
tramo en cualquier punto añadiendo los valores de ha ó hb que es constante.
Para miembros simétricos
o asimétricos con acortamiento parabólico o recto existen
tablas, para vigas de variación irregular o discontinua, cuando la variación
del aumento de inercia es irregular o discontinuo será necesario recurrir a
otros métodos por ejemplo la columna equivalente para obtener estas constantes.
Las tablas o ábacos de constantes y momentos de
empotramientos han sido preparadas en función de rA y rB y para puentes de losa
sólida. Los parámetros son:
Sin embargo pueden usarse también para vigas T con
acartelamiento parabólico, desde que la variación del momento de inercia puede
ser reducido a una losa equivalente con un error menor de 1%.
Los valores de rA y rB para una losa equivalente pueden ser
obtenidos:
IA y IB momentos de inercia en extremos , de la viga T.
IC momento de inercia en el centro de la viga T.
En estos valores del momento de inercia no
se considera el fierro. En
realidad este aumentará los momentos de
inercia pero como solo se utilizan valores relativos no tiene
influencia apreciable.
8. Factores de
distribución.
Cada factor de
distribución: BAB, DBA, DBC,.. etc.. se obtienen como una relación entre la rigidez en el
extremo del miembro a la
suma de las rigideces de todos los miembros que concurran en el punto, incluyendo el apoyo si el tramo se encuentra rígidamente a él.
k = Coeficiente de
rigidez obtenida de ábacos.
L = Luz del miembro o
de los miembros.
Ic = Momento de inercia en el centro de la luz.
E = Módulo de
elasticidad del concreto, que
puede no ser considerado.
K = Rigidez del miembro o sea el momento necesario para hacer
girar el miembro simplemente
apoyado a través
de un ángulo unidad el otro extremo está empotrado.
Los coeficientes de rigidez obtenidos de los ábacos son para miembros continuos y tienen por
lo tanto aplicación para los
tramos interiores del puente.
Desde que los tramos exteriores son
generalmente no continuos, es
decir no son monolíticos con
el estribo, es necesario corregir la rigidez obtenida de la curva en
tal forma que sea aplicable a
esos elementos; puede demostrarse
que el coeficiente de rigidez en el
extremo continuo de una viga no continua en A es:
En la que kBA = coeficiente de rigidez de la curva.
CAB y CBA = Carry
Over de A y B.
9. Momentos
debidos a cambios de longitud.
Cuando el tramo descansa sobre los pilares y no es
monolítico con ellos, los cambios de longitud ya sea por temperatura o fraguado
no originan momentos en el pilar ni en el tramo.
En el caso que el tramo sea monolítico con dos o más pilares
existirán momentos en los puntos de vaciado monolítico debido a la
deflexión en la parte superior del
pilar con respecto a su base.
El desplazamiento en la zapata es muy problemático
dependiendo de luces, carga de trabajo del terreno y tipo de cimentación. Es
costumbre determinar el momento en la parte superior del pilar considerando que
no hay desplazamiento en la cimentación, este da los mayores momentos en el pilar y aunque disminuye el momento
positivo esto no es muy apreciable.
Llamando A a la deformación y h a
la altura del pilar los momentos de empotramiento serán:
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