martes, 31 de enero de 2012

BOMBAS DE AGUA TRABAJANDO EN PARALELO.



Se dice que dos o más bombas están operando en paralelo, cuando sus caudales van a parar a una tubería común, sumándose para obtener un mayor caudal; se admite la misma carga total, sumándose los caudales de las unidades instaladas ya que no es alterada la carga total.

La potencia resultante será la suma de las potencias de los equipos individuales y la eficiencia de la combinación puede obtenerse despejándola de la formula de la potencia, conociendo el caudal, la carga y la potencia de la combinación.

Sean las bombas C y D de cuyas curvas se han obtenido los siguientes datos:

 

El análisis que se ha hecho anteriormente es de tipo general; si las bombas colocadas en

paralelo son iguales, la capacidad para cargas iguales se duplicará, triplicará, etc., según sean dos, tres o más bombas iguales las colocadas en paralelo.

 
En el caso de bombas iguales en paralelo, la eficiencia será igual que en la bomba original para el punto de la curva de la combinación que signifique doble o triple caudal, según el caso, y la potencia necesaria se duplicará o triplicara, etc., según el caso. En la figura 7.15, aparecen las curvas que resultan de combinar dos bombas iguales en paralelo.

FIG. 7.15 CURVAS DE DOS BOMBAS IGUALES COMBINADAS EN PARALELO

lunes, 30 de enero de 2012

Concepto del Hormigón Pretensado.


Pretensar, como concepto general, consiste en introducirle a un elemento fuerzas artificialmente creadas, cuyas acciones generan en este mismo elemento, estados tensionales que, superpuestos a los estados
tensionales provocados por las sobrecargas externas, le permiten resistir su peso propio y el de las sobrecargas que actúan.

Esta definición deberá ser separada en  partes para establecer con claridad cada uno de los conceptos que en ella se establecen.

 En primer término se deberá dejar bien establecido que el concepto parte de la palabra PRETENSAR compuesta del verbo "tensar" con un prefijo "pre" que significa "antes de". En el caso de Chile es sumamente importante aclarar que el "antes de" del pretensado, se refiere a la aplicación de la carga para la cual se ponen en tensión los elementos y este término se utiliza en la gran mayoría de los países de habla hispana y por lo tanto así aparece reflejada en la totalidad de los textos en castellano que a este tema se refieren.

Es por eso que en la definición se emplea la palabra "elemento" para definir el ente material sobre el cual se ejecuta la acción de "pretensar", sin especificar el material que compone este elemento pues de hecho puede
pretensarse cualquier material de construcción, llámese este hormigón, acero, madera, ferrocemento, etc. Y siempre que se apliquen fuerzas a este elemento "antes de" que tenga lugar la acción de las cargas externas, se estará pretensando.

Ahora bien, para producir el hormigón pretensado existen dos procedimientos muy bien determinados de introducir las fuerzas; antes de que fragüe el hormigón; lo que da lugar al hormigón pretensado, y después de que fragua el hormigón; lo que da lugar al hormigón postensado, pero en este caso se esta hablando de procedimientos y no de conceptos. En algunos textos se emplea también la palabra pretesar y postesar paranombrar los procedimientos anteriormente descritos.

Por otra parte y hecha la aclaración, es muy fácil distinguir cuando se emplea la palabra pretensar como concepto y cuando se emplea como procedimiento, por lo que a partir de este momento se utilice la palabra pretensado como concepto en ella quedan incluidos ambos procedimientos; el pretensado y el postensado.
A esta forma se refiere al tema que se usa en todos los países de habla hispana y en todas las traducciones hechas en o para esos países. Solo en Chile vale la aclaración.

Debido a que en Chile circulan textos mexicanos sobre hormigón pretensado, se aclara que en México no se emplea la palabra tensión como sinónimo de esfuerzo, ni tampoco el concepto de "estados tensionales", pues en ese país "tensión" se utiliza como "tracción" que se deriva del inglés "tensión". La palabra tracción no se emplea. Tracción es tensión. Y lo que en el resto de los países se llama tensión, en México es esfuerzo, por lo que el hormigón pretensado como concepto para ellos es hormigón preesforzado y los procedimientos de pretensado y postensado son los mismos que acá, pues en este caso se refiere a"traccionar" antes de fraguar el hormigón y "traccionar" después de fraguado el hormigón.

Aclarada la cuestión semántica de la palabra, se continúa con el concepto de pretensar.

Cuando se trabaja con el hormigón armado tradicional queda claramente establecido que el conjunto hormigón-acero es un conjunto pasivo, que requiere ser deformado para que se cumpla su función resistente y a partir del momento del inicio de la deformación es que se comienzan a generar los distintos estados tensionales ampliamente conocidos por todos.

En el hormigón pretensado estos estados tensionales han de producirse "antes de" que actúen las cargas exteriores por lo que el conjunto hormigón-acero es un conjunto activo, o sea que ya tiene tensión antes de que comiencen a actuar las cargas externas incluido su peso propio. Pero, (y esto es más importante aún) no puede perderse nunca el concepto de que estos estados tensionales son producidos por fuerzas artificialmente creadas; son creadas en el acero y son traspasadas al hormigón. 

En el pretensado el traspaso se produce por la adherencia entre el hormigón y el cable, y en el postensado por la presión que ejercen los anclajes en la masa del hormigón.

El punto más importante del diseño de elementos pretensados es precisamente obtener la magnitud de estas fuerzas artificialmente creadas y uno de los objetivos generales de este capítulo es conocer cómo se crean estas fuerzas, los equipos utilizados para crear estas fuerzas y todos los cuidados que hay que tener para que esta fuerza sea la que realmente consideró el calculista al diseñar su elemento y no otra.

BOMBAS TRABAJANDO EN SERIE.


Se dice que dos o más bombas se encuentran en serie, cuando una le entrega a la siguiente su caudal al objeto de aumentar la energía del líquido y poder elevar el agua a una altura mayor. Se debe considerar la suma de las alturas de elevación que caracterizan a cada una de las bombas, admitiéndose el mismo caudal unitario.
En la figura 7.14 aparecen las curvas que resultan de colocar dos bombas iguales en serie. Sean las bombas A y B cuyas características obtenidas de las curvas son las siguientes:

 
(*) Debe tomarse de la prueba real de la bomba, o calcularse, extrapolando la
curva de potencia a partir del que corresponda

La potencia de la combinación será lógicamente la suma de las potencia individuales, y por consiguiente, la eficiencia de la combinación se obtendrá como el resultado de despejar la eficiencia en la fórmula de la potencia usando el caudal y la carga de la combinación.

 
La curva de la combinación será:

 

FIG. 7.14 CURVAS DE DOS BOMBAS IGUALES, EN SERIE  

En lo anterior hemos planteado el caso general. Si las bombas que están en serie, son iguales,  entonces  tendremos  que,  las  cargas  se  duplicarán,  triplicarán,  etc.,  para capacidades iguales según se trate de dos, tres, o más bombas iguales colocadas en serie. La eficiencia se mantendrá igual y las potencias necesarias se duplicarán, triplicarán, etc., según el número de bombas iguales colocadas en serie.

domingo, 29 de enero de 2012

CURVAS CARACTERISTICAS DE LAS BOMBAS.



A causa de las características variables de la bomba centrífuga, es importante tener una visión gráfica de las relaciones entre la carga, el caudal, la eficiencia, la potencia necesaria, etc., de la bomba de que se trate a una velocidad determinada. Estas curvas o gráficos generalmente se preparan por el fabricante. Las curvas que aparecen a continuación, figura 7.13, pueden considerarse típicas e ilustran las características de una bomba trabajando a una velocidad constante determinada.


FIG. 7.13 CURVAS CARACTERISCAS DE UNA BOMBA
La curva de carga-caudal es la línea que desciende de izquierda a derecha, y representa las cantidades variables de líquido que la bomba puede entregar a distintas cargas o presiones. La intersección de esta línea con la línea de cero descarga, nos da la carga o presión que desarrolla la bomba cuando la válvula de descarga está cerrada.

La curva que en este caso nos da la potencia necesario para operar la bomba, tiene la pendiente hacia arriba, de izquierda a derecha. En este caso el punto en que la potencia necesario tiene un valor menor, es el que corresponde a la válvula cerrada.

sábado, 28 de enero de 2012

BOMBAS SUMERGIBLES.



Son bombas casi exclusivamente utilizadas en caso de pozos profundos y su denominación obedece a que tanto la bomba como el motor se sumergen en la fuente misma. Este tipo de bombas se conoce como bombas sumergibles (en realidad el que tiene la característica de trabajar sumergido en el agua es el motor diseñado especialmente). Como se muestra en la foto 7.6. En caso de pozos profundos, con niveles de bombeo muy bajos, es aconsejable recurrir a bombas tipo turbina de motor sumergido, como el mostrado en la foto 7.7.

FOTO 7.6 BOMBA SUMERGIBLE [Ref. 21]


FOTO 7.7 BOMBA TURBINA SUMERGIBLE

viernes, 27 de enero de 2012

PUENTES DE ARCO: Formas del arco en relación con la estética.



En los arcos de costilla sólida, los diseñadores están enfrentados a la decisión de si el arco debe ser curvo o construido con segmentos de cuerda (segmentos rectos entre los puntos de panel). Una costilla en una curva suave ofrece la mejor apariencia. Sin embargo las costillas curvas involucran algún aumento de material y de costos de fabricación.

Otra decisión es si hacer la costilla de altura constante o variable.

Un factor que tiene considerable influencia sobre ambas decisiones, es la relación de la longitud del panel a la luz. A medida que se reduce la longitud de panel, el quiebre angular entre los segmentos de cuerda se reduce, y el arco segmentado se acerca en apariencia al arco curvo. Un límite superior para la longitud del panel debe ser aproximadamente 1/15 de la luz.

En un estudio de configuraciones alternativas de arco para una luz de 230 metros, se consideraron cuatro formas de costilla sólida. Un consultor arquitectónico las clasificó en el siguiente orden:

Costilla de altura variable, curva
Costilla de altura variable, con cuerdas
Costilla de altura constante, curva
Costilla de altura constante, con cuerdas

Dicho consultor concluyó que la costilla variable, con 2,1 metros de altura en la línea de arranques y 1,2 metros de altura en la clave, añadía de manera considerable a la calidad estética del diseño en comparación con la costilla de altura constante. También concluyó que la costilla variable minimizaría los quiebres angulares en los puntos de panel con el eje de la cuerda segmentada. La costilla variable con cuerdas fue usada en el diseño final de la estructura.

jueves, 26 de enero de 2012

PUENTES DE ARCO: Estética.



Para puentes colgantes o en arco, un esquema funcional que satisface los requerimientos estructurales normalmente resulta en líneas simples, limpias y elegantes. Para luces grandes, ningún otro tipo ofrecía seria competencia en lo referente a excelente apariencia hasta aproximadamente 1950. Desde entonces, la introducción de puentes atirantados y la construcción de placas ortotrópicas y vigas principales ha hecho posible la construcción de vigas de buena apariencia para luces de 762 metros o más. Aun con tableros de construcción convencional pero con la ventaja de los aceros de alta resistencia, luces muy largas con vigas son económicamente posibles y estéticamente aceptables.

El arco debe entonces competir con puentes colgantes, atirantados y de vigas en lo concerniente a consideraciones estéticas. Desde aproximadamente 305 metros hasta la máxima luz práctica para arcos, los únicos competidores son los tipos de puentes soportados por cables.

Los arquitectos e ingenieros generalmente prefieren, en igualdad de otras condiciones, el uso de estructuras de paso superior para puentes en arco. Si debe usarse una estructura de paso inferior o intermedio, los arcos de costilla sólida son convenientes cuando la apariencia es una consideración importante, porque la estructura superior puede hacerse muy liviana y limpia.

miércoles, 25 de enero de 2012

PUENTES DE ARCO: Articulación.



Para arcos verdaderos de costillas sólidas, la escogencia entre extremos empotrados o articulados es estrecha. En un arco verdadero es posible soportar un momento sustancial en la línea de arranque si los detalles del apoyo se disponen para ello. Es probable que esto resulte más económico, en particular para luces largas. Sin embargo, la práctica común es el uso de construcción biarticulada.
Una alternativa es permitir que el arco actúe como biarticulado bajo carga muerta parcial o total, y luego fijar los apoyos extremos contra rotación bajo carga adicional.

Los arcos atirantados actúan básicamente como biarticulados, sin importar el detalle de la conexión al tirante.
Algunos arcos se han diseñado como triartículados bajo carga muerta parcial o total, y luego convertidos a la condición de dos articulaciones. En este caso, la articulación de la clave está localizada por lo general en la cuerda inferior de la armadura. Si el eje de la cuerda inferior sigue la línea de empujes para la condición de tres articulaciones, no habrá esfuerzos en la cuerda superior o en el sistema del alma de la armadura. La cuerda superior y los miembros del alma estarán esforzados sólo por las cargas aplicadas después del cierre. Estos miembros serán más o menos livianos y razonablemente uniformes en sección. La cuerda inferior es entonces el miembro principal que soporta la carga.

Sin embargo, si el arco se diseña como biarticulado, el empuje bajo todas las condiciones de carga estará aproximadamente dividido por igual entre las cuerdas superior e inferior. Para una relación dada flecha-luz, el empuje horizontal total en el extremo será menor que para el arreglo con parte de la carga soportada como un arco triarticulado. El cambio de tres a dos articulaciones tiene el efecto de aumentar la flecha del arco sobre la flecha medida desde el arranque hasta la línea central de la cuerda inferior.

martes, 24 de enero de 2012

PUENTES DE ARCO: Armadura o costilla sólida.


La mayor parte de los puentes en arco en carreteras con luces hasta de 230 metros, se han construido con costillas sólidas para el cuerpo del arco. Sin embargo, podrían existir condiciones particulares que hicieran más económico el uso de armaduras para luces mucho más cortas. Por ejemplo, para un sitio remoto, con dificultades de acceso, los arcos en armadura pueden ser menos costosos que los arcos de costilla sólida, porque las armaduras pueden fabricarse en secciones pequeñas, livianas, mucho más fáciles de transportar al sitio del puente.

Sin embargo, para luces mayores que 230 metros deben considerarse arcos en armadura. También, para luces por debajo de esta longitud con cargas vivas muy grandes, como pueden ser los puentes de ferrocarril, los arcos en armadura pueden ser preferibles a la construcción con arcos de costilla sólida.

Para luces por encima de aproximadamente 183 metros, el control de la deflexión bajo carga viva puede dictar el uso de armaduras en lugar de costillas sólidas. Esto puede ser aplicable a puentes diseñados para cargas fuertes de carretera o cargas de tránsito pesado, lo mismo que para puentes ferroviarios. Para luces por encima de 305 metros, deben usarse arcos en armadura, excepto en algún caso muy poco usual.

lunes, 23 de enero de 2012

PUENTES DE ARCO: Longitud de la luz.


Generalmente, la determinación del mejor esquema para un puente comienza con un tanteo de la luz principal más corta posible. El costo por metro de la superestructura aumenta rápidamente con el aumento de la luz. A menos que existan factores que reduzcan de manera considerable el costo de la subestructura cuando se alargan las luces, la luz más corta posible será la más económica.

Los puentes en arco son aplicables en un intervalo muy amplio de longitudes de luz. Por ejemplos de algunos puentes se puede decir que cubren un intervalo desde un mínimo de 60 metros hasta un máximo de 520 metros  . Con los aceros actuales de alta resistencia y bajo condiciones favorables, luces del orden de los 610 metros son apropiadas para construcciones económicas en arco.



Además de las condiciones de cimentación, muchos otros factores pueden influir en la longitud de la luz seleccionada para un sitio particular. Sobre aguas navegables, la luz se fija normalmente por requerimientos de gálibo por las agencias reguladoras. Por ejemplo, la guardia costera de los Estados Unidos tiene jurisdicción final sobre los requerimientos de gálibo en corrientes navegables. En áreas urbanas o altamente construidas, la luz puede fijarse por condiciones existentes del sitio que no pueden alterarse.

domingo, 22 de enero de 2012

PUENTES DE ARCO: Construcción de arcos atirantados.



En la localización de un puente en donde se requieran cimentaciones más o menos profundas para soportar reacciones grandes, un arco verdadero, que transmita las reacciones directamente a los contrafuertes, no es económico, excepto para luces cortas. No obstante, existen dos alternativas que pueden hacer posible el uso de una construcción en arco.


Si puede usarse una serie de luces relativamente cortas, la construcción en arco puede ser una buena solución. En ese caso, el puente comprendería una serie de luces iguales o casi iguales, para las cuales los empujes de la carga muerta en los apoyos intermedios estarían balanceados o casi balanceados. Con las luces cortas, los empujes no balanceados causados por la carga viva no serían grandes. De acuerdo con esto, aun con cimentaciones muy profundas, la construcción de pilas intermedias puede ser casi tan económica como para algún otro esquema con luces simples o continuas. Existen numerosos ejemplos en donde se ha utilizado este arreglo con arcos de piedra, hormigón y acero.

La otra alternativa para atender los requerimientos de las cimentaciones profundas es la construcción en arco atirantado. El tirante alivia la cimentación del empuje. Esto pone al arco en directa competencia con otros tipos de estructuras para las cuales sólo resultan reacciones verticales de la aplicación de las cargas muertas y vivas.

Ha habido alguna inquietud acerca de la seguridad de los puentes en arco atirantado porque los tirantes pueden clasificarse como miembros de fractura crítica. Un miembro de éstos causaría el colapso del puente si se fractura. Ya que el empuje horizontal en un arco atirantado es resistido por el tirante, gran parte de los arcos atirantados se desplomarían si falla el tirante. Aunque alguna inquietud sobre la fractura de los tirantes de vigas soldadas está bien fundada, existen métodos para introducir redundancia en la construcción de los tirantes. Estos métodos incluyen el uso de tirantes fabricados con múltiples componentes empernados entre sí, y tendones múltiples de postensionamiento. Los arcos atirantados con frecuencia son estructuras económicas y estéticamente agradables. Este tipo de estructuras no debe descartarse por esas inquietudes, porque pueden fácilmente diseñarse para atenderlas.

sábado, 21 de enero de 2012

PUENTES DE ARCO: Condiciones de cimentación.


Si se requiere que un puente soporte una carretera o un ferrocarril a través de un valle profundo con laderas empinadas, un arco es probablemente una solución económica y posible (esto supone que la luz requerida está dentro de los límites razonables para construcción en arco). La condición de laderas empinadas indica que las condiciones de cimentación son apropiadas para la construcción de estribos pequeños y económicos. Por lo general es de esperarse que bajo estas condiciones la solución fuera un arco de paso superior. Sin embargo, pueden existir otros controles que dicten otra cosa. Por ejemplo, la necesidad de ubicar los apoyos del arco seguramente por encima del nivel de aguas máximas, puede indicar la conveniencia de una estructura de paso intermedio para obtener una relación apropiada flecha-luz. También, condiciones variables de cimentación en las laderas del valle pueden fijar una elevación particular como más conveniente que otras para la construcción de los estribos. El balance de tales factores determinará el mejor esquema para satisfacer las condiciones de cimentación.

viernes, 20 de enero de 2012

PUENTES DE ARCO: Selección espesores del arco.



El espesor de un arco es  por lo general variable, de acuerdo a las exigencias  de la línea de presiones  en cuanto a la intensidad y posición.

En un arco  empotrado  el espesor  es mínimo  en  la clave  y aumentando  progresivamente  hasta  los arranques,  el espesor en éste es de 1.5 a  2.5 veces mayor que el  espesor en la clave tomándose los valores menores para el caso contrario.

En un arco biarticulado el espesor es por lo general constante a través de todo el arco.
En un arco triarticulado el espesor es mínimo en la clave aumentando  progresivamente hasta un máximo que lo alcanza aproximadamente  en los puntos cuartos,  volviendo a disminuir hasta el arranque. El espesor en el arranque es siempre mayor que en la clave.

La  variación  de  espesores entre  el  mínimo  y los máximos, se hace  a base de  pasar por  los puntos más  altos y más bajos  del extradós  y del  intradós curvas  de las  mismas ecuaciones que la empleada para la directriz.       
        
La  relación de  variación  de espesores  y  el valor absoluto del espesor en la  clave no pueden fijarse sino a base de un tanteo preliminar. Diversas fórmulas se han propuesto para fijar el espesor en la clave, pero en  realidad son muchas las variables que intervienen como ser; la luz, la flecha, la curvatura de la directriz, la calidad del material empleado, la calidad del concreto, la  cantidad y  calidad del  refuerzo empleado, etc. Esta fórmulas no pueden tomarse  sino como una guía para el tanteo preliminar.

Las fórmulas dadas a  continuación para el caso de bóvedas pueden  servir  de  guía  para primer tanteo; éstas fórmulas varían con la luz y la calidad del material; éstas fórmulas  están dadas en metros, tanto la  luz como los espesores. Los espesores hallados por éstas  fórmulas son para arcos en bóveda, para el cálculo de un arco en anillos se tendría que  hallar  los momentos. 

Tabla 7.1 Algunos espesores recomendados
( fuente : Puentes y obras de arte Luis Pastor G )

El material especificado como de ladrillo puede ser también de piedra canteada u otra material de resistencia similar.

El material especificado de granito, puede ser de piedra labrada a granito u otro material de resistencia similar.

Otros elementos de gran importancia que influyen en la selección de la forma y el tipo del arco son los siguientes:

jueves, 19 de enero de 2012

PUENTES DE ARCO: Selección del tipo y la forma del Arco.



Elección de la directriz del arco. La directriz más efectiva será aquella con la  cual el arco trabaje  con los mininos esfuerzos.  Esta situación tiene  lugar cuando  la directriz  coincide  con el  polígono antifunicular   de las  cargas a  las cuales está sometido  el arco.

Hay tres casos simples que son los siguientes:

a)  Arco horizontal sometido  a presión de agua. En este  caso en que  el  arco está    sometido  a  fuerzas uniformemente repartidas y  radiales el  antifunicular de  las cargas  y por  lo  tanto  la   directriz  está  constituida  por  un circulo.
b)  Arco sometido a  carga uniformemente  repartida sobre  la horizontal,  el antifunicular  de las cargas  es  en este caso una parábola de segundo grado.
c)  Arco sometido a carga uniformemente repartida sobre la directriz, el antifunicular de  las cargas es entonces una catenaria.

En caso de los puentes que estén  sometidos además de su peso propio  a  las  sobrecargas constituida por cargas móviles y que por lo tanto tienen un gran numero de polígonos antifuniculares, la directriz más económica es aquella que equidista de las  posiciones extremas  de los polígonos antifuniculares.

Por  facilidad  de  cálculo,  es  conveniente que  la directriz del arco  sea una  curva de  ecuación conocida. Por otra parte la forma  de la directriz es de la mayor importancia en el calculo del  arco,  pequeños cambios  en  su  posición ocasionan variaciones apreciables en los esfuerzos, es por eso que debe ponerse gran cuidado en la elección de la directriz.

Diversas fórmulas han sido propuestas por diferentes autores, pero siendo la sobrecarga móviles, los espesores dependiente de la directriz y el peso propio de los espesores y de la forma de la directriz, el problema es en realidad muy indeterminado.

La mejor curva se obtiene con un poco de experiencia a base de un tanteo preliminar hecho a base de obras ya construidas, de características similares o de curvas recomendadas en los libros sobre el particular.
El siguiente criterio ayudará a encontrar las curvas más convenientes:

Si el arco es de tímpanos aligerados y por lo tanto su peso propio se acerca bastante a la condición de carga uniformemente repartida sobre la horizontal, la curva más conveniente es aproximadamente una parábola de segundo grado.

Si el arco es de tímpanos llenos y la relación de flecha a luz es menor de 1/4, la curva más conveniente es una catenaria. La catenaria puede ser sustituida muy aproximadamente por una directriz circular de uno o más centros, teniendo la ventaja de una ecuación mas sencilla.
Si el arco es de tímpanos llenos y la relación  flecha a luz es mayor de 1/4, la curva más conveniente  es aproximadamente una elipse.

Las diferencias entre las diferentes curvas propuestas es tanto menor cuando mayor sea el rebajamiento del arco ósea cuanto menor sea la relación flecha a luz.

Relación de flecha a luz. Permaneciendo constante la luz y las cargas, los esfuerzos en el arco son tanto menores cuanto mayor sea la relación de flecha a luz. Si a esto añadimos que para una altura de rasante dada, las cargas sobre el arco son menores para el arco mas peraltado, resulta que en los puentes la relación de flecha a luz debe se la mayor posible.

La línea de los arranques en el intradós debe coincidir o estar lo más bajo posible sobre las aguas máximas del río; y el extradós en la clave lo más cerca de la rasante posible.

En los puentes de tímpanos rellenos y especialmente en los de albañilería es sin embargo conveniente dejar sobre el extradós en la clave un espesor de relleno mínimo de 30 cm. para disminuir los efectos del impacto de la sobrecarga directamente sobre el anillo del arco.

miércoles, 18 de enero de 2012

Análisis de un puente Arco.



Los arcos son las estructuras que mejor se comportan y utilizan las propiedades  mecánicas de los materiales cuando trabajan exclusivamente al esfuerzo de compresión.

Como se sabe el arco cuando está sometida a cargas verticales, da lugar a presiones o reacciones oblicuas, las cuales se pueden descomponer en sus   componentes Vertical  y Horizontal, recibiendo ésta última el nombre de empuje. La existencia del empuje, es precisamente lo que distingue a un arco.

El arco es, en general, una estructura hiperestática, dependiendo su grado de indeterminación estática, de la forma de sustentación de los apoyos.

Para el análisis de los esfuerzos en las diferentes secciones del  arco, el método más conveniente es el del trazado de líneas de influencia para las componentes vertical y horizontal de la reacción del arco y para  los momentos flectores, por el método de la teoría elástica.

martes, 17 de enero de 2012

PUENTES DE ARCO: Tipos de arco.



En el tipo de arco más natural, la componente horizontal de cada reacción, o empuje, es llevada a un contrafuerte, que también recibe la reacción vertical. A este tipo se hace referencia como arco verdadero. Sin embargo, la aplicación de la construcción en arco puede ampliarse económicamente en forma considerable soportando el empuje mediante un tirante, un miembro a tensión entre los extremos (arranques) de la luz. A este tipo de puente se hace referencia como arco atirantado. Es de observar que el arco atirantado viene a ser un equivalente al pretensado pero con el cable dispuesto exteriormente.

El cuerpo del arco puede ser una armadura o una viga, y de acuerdo con eso, los puentes en arco se clasifican como de armadura (celosía) fotografía 7.4.a o de costilla sólida (sección simple) fotografía 7.4.b.

Fotografía  7.4.a.   Puente New River George, W. Virginia (USA), 1976. 
Longitud del vano: 518 m.
Puente  de acero doble arco en celosía: Tablero superior


Fotografía 7.4.b.   Puente sobre el embalse de Ricobayo, 1995.
Longitud del vano: 168 m.
Puente  de acero de sección simple: Tablero superior.



Los puentes en arco también se clasifican según su grado de articulación. Un arco empotra­do, en el cual la construcción impide la rotación en los extremos de la luz, es estáticamente indeterminado de tercer grado en lo que respecta a las reacciones externas. Si la luz está articulada en los extremos, se convierte en un arco biarticulado, y es estáticamente indetermi­nado de primer grado. En los años recientes, la mayor parte de los puentes en arco se han construido empotrados o con dos articulaciones. A veces se incluye una articulación en la clave, adicional a las articulaciones de los extremos. El puente es entonces triarticulado y es estáticamente determinado. En todos estos casos es requisito importante que el terreno de fundación sea de muy buena calidad para garantizar su resistencia a las reacciones verticales y fundamentalmente a los empujes horizontales.

Además los puentes en arco se pueden clasificar según la ubicación del tablero. El tablero se puede ubicar en distintas posiciones con relación al arco, por lo que estos puentes pueden ser:

Arcos de tablero superior.
Arcos de tablero inferior.
Arcos de tablero intermedio.

Los arcos de tablero superior o de paso superior, son cuando los arcos están por debajo del tablero. Éste es el tipo más usual de arcos verdaderos y se emplean cuando la quebrada que se desea salvar es profunda y otras veces cuando se desea ganar gálibo para permitir el paso de los barcos si el río es navegable ver figura 7.2.a y fotografía 7.5 . Se puede ver en este caso que las péndolas trabajan en compresión al transmitir las cargas desde el tablero hasta el arco.

Figura 7.2.a.    Arcos de tablero superior.


Fotografía  7.5.   Puente Puddefjord, Bergen (Noruega), 1998.
Longitud del vano: 152 m.

Los arcos de tablero inferior o de paso inferior , son usados especialmente cuando la rasante del camino es muy baja y por razones de estética se desea construir un arco, ver figura 7.6.c y  fotografía 7.6 en el que todas las péndolas trabajan en tracción. Normalmente la solución de este tipo de arcos es con tirantes, caso en el que se los conoce como arcos atirantados.

Figura 7.2.b.    Arco de tablero inferior.


Fotografía 7.6.  Puente de Tangermunde sobre el Elba, (Alemania),
 Diseñado por F. Leonhardt.
Longitud del vano: 185 m.



Los arcos de tablero intermedio o  de paso intermedio, tienen ubicado a media altura su tablero, en algún punto intermedio entre los arranques y la clave y son de buen aspecto arquitectónico. Se los emplea en quebradas no muy profundas o en pasos superiores porque en su parte central se consigue el gálibo necesario para el paso vehicular ver figura 7.6.c.



 Figura 7.2.c.   Arco de tablero intermedio


Fotografía 7.7.   Puente sobre el Tyne (Newcastle),
Diseñado porMott, Hay y Anderson,


lunes, 16 de enero de 2012

Partes constitutivas de un arco.


Son tres las partes principales de un arco: El arco propiamente dicho constituido a su vez por los mismos elementos que son detallados en la figura 7.1, las péndolas que son las que transmiten las cargas del arco y el tablero que se apoya o cuelga de las péndolas. Cuando el tablero se apoya sobre las péndolas trabajan como columnas.

Figura 7.1.a.   Partes constituyentes del arco (El arco y los apoyos se construyen en forma monolítica a pesar de las consideraciones hechas en el calculo)

También se puede distinguir según la ubicación del tablero una gran diferencia en las péndolas, que se detallará mas adelante.

Figura 7.1.b.   Puente en arco con tablero superior


Figura 7.1.c.   Puente en arco con tablero inferior



Algunas definiciones son las siguientes:

Clave, 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.
Arranque, es la sección perpendicular al eje del arco en su punto más bajo, siendo una sección común al estribo y al arco.
Dovela, es la porción de arco comprendida entre el extradós y   el   intradós   limitada   por    dos  secciones transversales del arco.
Extradós , es la superficie exterior del arco.
Intradós , es la superficie interior del arco.
Tímpano , son los espacios comprendidos entre el arco y el tablero a ambos lados

domingo, 15 de enero de 2012

PUENTES de arco.


En general se designa con el nombre de arco aquella forma resistente que sometida a cargas verticales, da lugar a presiones o reacciones oblicuas.

A diferencia de las bóvedas corresponden a estructuras esbeltas porque con ellas se pretende cubrir luces mucho mayores, entre los materiales empleados para su construcción tenemos: La piedra, el hormigón armado o preesforzado y  el acero; para los dos últimos se debe hacer un estudio muy cuidadoso de las solicitaciones.

Antiguamente se usaba la piedra que fue el principal material para la construcción de arcos hasta hace aproximada­mente dos siglos, magníficos puentes de arco en piedra, construidos bajo la dirección de inge­nieros del antiguo imperio romano, están todavía en servicio después de 2000 años, como soportes de acueductos o carreteras  fotografía 7.1. 

En las siguientes figuras se puede observar algunos puentes arcos, elaborados en distintas épocas y que aun siguen en funcionamiento.

Fotografía 7.1.a.  Puente de Alcántara, año 104.
Puente de piedra de la  Época Romana


Fotografía 7.1.b.  Puente Lugou (siglo XII), China.
Puente de piedra de la Época Medieval



Fotografía  7.1.c.  Puente de Rialto, Venecia, 1592
Puente  de piedra de la Época Renacentista y Barroco



 

En 1779 se construyó el primer puente metálico en arco, en hierro fundido y sirvió para el paso de vehículos sobre el valle del río Severn en Coalbrookedale, Inglaterra. Aún está en servicio pero sólo para tráfico peatonal ver fotografía 7.2.a.


 
Fotografía  7.2.a.  Puente de Coalbrookedale, (U.K.), Inglaterra , 1779.
Puente  de Hierro fundido



Posteriormente se construyeron muchos puentes notables en acero y hierro, entre ellos podemos observar los siguientes ejemplos fotografías 7.2.b y c.


Fotografía  7.2.b.  Puente de María Pía, (Oporto), diseñado por Gustavo Eiffel, 1887.
Longitud del vano central: 160 m.





Fotografía  7.2.c.  Puente Hell Gate, (Nueva York); diseñado por Gustav Lindenthal, 1916.
Longitud del vano: 298 m.


Hasta el año 1900, la piedra continuó siendo un competidor fuerte para el hierro y el ace­ro. Después de 1900, el hormigón llegó a ser el principal competidor del acero para puentes de arco de luces cortas.
Teóricamente, si se trata del hormigón armado, ver  fotografía 7.3 , la solución de los puentes con cualquiera de los tipos de arco corresponde a la mejor porque el arco viene a comportarse como un preesforsado natural, lo que permite aprovechar mejor los materiales, sin embargo su aplicación no es muy corriente, debido a que su construcción en sí encarece la obra especialmente en lo que a encofrados y apuntalamiento se refiere.
Fotografía 7.3.a.  Puente en arco laminar de Schwandbach de Robert Maillart
Puentes de hormigón