APECTOS PARA EL DISEO DE DISPOSITIVOS DE APOYOS, EN PUENTES CARRETEROS

TRABAJO FINAL para optar el Certificado de Diplomado en:

INGENIERA EN PUENTES

Alumno

Ing. Edgar Moran Flores

Abril, 2015

Cochabamba Bolivia

INDICE

RESUMEN EJECUTIVO31. IDENTIFICACION Y PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA4 1.1. FORMULACION DEL PROBLEMA5 2. OBJETIVOS.52.1. OBJETIVO GENERAL52.2. OBJETIVOS ESPECFICOS.53. PROPUESTA DE VALOR.53.1. APARATOS DE APOYO53.1.1. TIPOS DE APARATOS DE APOYOS63.1.1.1. APARATOS DE APOYO MVILES6a) APOYO MULTIDIRECCIONAL6 b) APOYO UNIDIRECCIONAL6 3.1.1.2. APARATOS DE APOYO FIJO73.2. DISEO DE LOS APARATOS DE APOYO73.2.1. APARATOS DE APOYO FIJOS, PARA PUENTES METLICOS..............83.2.2. APARATOS DE APOYO MVILES, PARA PUENTES DE CONCRETO9 3.2.3. APARATOS DE APOYO MVILES, PARA PUENTES METLICOS..11 4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.145. BIBLIOGRAFIA....15

RESUMEN EJECUTIVO

Un puente es una estructura de arte mayor, construida con el fin de permitir que una va caminera se pueda cruzar un obstculo natural, como ros, valles, lagos, etctera o bien atravesar obstculos artificiales, como vas frreas o carreteras, sin que existan problemas de trficos. El diseo de cada puente, vara dependiendo de su funcin y la naturaleza del terreno sobre el cual es construido.

La infraestructura de un puente es la encargada de soportar a la superestructura y trasmitir a la fundacin las reacciones de las vigas del puente. La ubicacin de sus elementos, la ubicacin del puente, la altura y la subdivisin de sus tramos dependen unas de otras.

Siendo de vital importancia, los dispositivos de apoyo, en la transmisin de cargas producidas en la superestructura, para distribuirlas adecuadamente a la infraestructura.

Los apoyos no solamente debern ser capaces de absorber las fuerzas horizontales y verticales transmitidas por el tablero, originadas por las cargas permanentes y sobrecargas, sino tambin deben permitir (segn la tipologa de la estructura y de la subestructura) determinados movimientos e impedir otros.

En este trabajo se dan a conocer la clasificacin, y los pasos a seguir, en el diseo de los dispositivos de apoyo que conforman la infraestructura de un puente, as como tambin, las consideraciones a la hora de disearlos ya que dependen de muchos factores a ser tomados en cuenta para su estabilidad, resistencia y duracin con el paso de los aos.

1. IDENTIFICACION Y PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA En Bolivia en el diseo de puentes carreteros se ha realizado en funcin de la norma A.A.S.H.T.O estndar y ahora se cuenta con la norma A.A.S.H.T.O LRFD. Por consiguiente el diseo de dispositivos de apoyo se han realizado y vienen realizando segn la norma A.A.S.H.T.O estndarLos dispositivos de apoyo, en comparacin con otro tipo de edificaciones, los puentes carecen de altos grados de redundancia y la falla de un elemento estructural podra resultar en el colapso de la estructura, mientras que por otro lado la simplicidad debe otorgar una mayor confianza en la prediccin de la respuesta ssmica, sin olvidar que esta misma simplicidad puede resultar en una mayor sensibilidad a errores de diseo.Las Normas ms utilizadas mundialmente en cuanto a diseo ssmico de puentes son el AASHTO versin estndar, el AASHTO LRFD, las provisiones del ATC-32, el Eurocode 8, el de Nueva Zelanda y el de Japn, los cuales incorporan dentro de su filosofa lo ms avanzado en investigacin y prctica en el diseo de elementos de infraestructura de un Puente. Luego de la revisin de muchos proyectos a diseo Final y la construccion de estos, en nuestro medio, se ha visto que los dispositivos de apoyos son de un solo tipo, posibilitando que estos proyectos se adecuen a esta simple disposicin de dispositivos de apoyo.Hoy en da, es de vital importancia para el pas el traslado de personas y mercancas, a los centros de produccin econmica y centros de consumo, Bolivia lastimosamente no cuenta con una red de carreteras, que nos permita ver diversas posibilidades de conexiones interdepartamentales, siendo un claro ejemplo en la carrera nueva a Santa Cruz, que ha sufrido la cada de un puente San Pedrito, perjudicando con el flujo normal de pasajeros y carga por ms de dos meses y de manera directa perjudicando a la economa nacional.Muchas veces en estas carreteras se necesitan salvar ciertos obstculos con el uso de puentes. El proyecto del sistema vial es de suma importancia, ya que permite alcanzar los grandes objetivos fijados en los planes de desarrollo y que se traduce en ltima instancia en elevar la calidad de vida de los habitantes. Se puede observar que, para que el tipo de dispositivo de apoyo, de la infraestructura, se logre soportar las cargas de ste, y en consecuencia para garantizar seguridad a los usuarios del mismo, la infraestructura y el dispositivo de apoyo deben estar bien diseados.Al momento de proyectar y construir, un dispositivo de apoyo de un puente carretero es importante conocer de forma clara y precisa las consideraciones de diseo establecidas por las Normas y Especificaciones. 1.1. FORMULACION DEL PROBLEMA V.I.: Diseo de dispositivos de apoyo en puentes carreteros: Variable Independiente.V.D.: Dispositivos de apoyo en puentes carreteros: Variable dependienteV.I.: Procedimiento de diseo de dispositivos de apoyo en puentes carreteros: Variable Interviniente.Cmo mejorar el diseo de dispositivos de apoyo en puentes carreteros a partir de un procedimiento de diseo segn la norma ASSHTO LRDF?2. OBJETIVOS2.1. OBJETIVO GENERALExaminar las consideraciones en diseo de dispositivos de apoyo en puentes carreteros.2.2. OBJETIVOS ESPECFICOSLos objetivos especficos de la investigacin son:1. Describir los tipos de dispositivos de apoyo que forman parte en la infraestructura de puentes carreteros. 2. Formular las condiciones bsicas que deben satisfacerse en el diseo de dispositivos de apoyo en puentes carreteros. 3. Explicar el procedimiento de diseo de dispositivos de apoyo en la infraestructura de puentes carreteros.3. PROPUESTA DE VALOR3.1. APARATOS DE APOYO. Son los elementos que van entre la viga del puente y el asiento del estribo. Los aparatos de apoyo se utilizan para: Localizar el punto de apoyo de cada viga y por ende, el punto de aplicacin de las reacciones del puente. Absorber los movimientos de apoyo de la estructura, debidos a la accin de las cargas o de los cambios de temperatura. Distribuir las reacciones del puente en reas suficientes para tener presiones aceptables, en la cabeza de los estribos o pilas. Absorber, parcialmente, las acciones dinmicas del sismo permitiendo una reduccin en las solicitaciones determinantes del diseo de las pilas muy altas. 3.1.1. TIPOS DE APARATOS DE APOYOS. 3.1.1.1. APARATOS DE APOYO MVILESSe utilizan para permitir la variacin en la longitud de la viga, originados por cambios de temperatura y las contracciones de fraguado en las estructuras de concreto. a) Apoyo Multidireccional. (Ver Fig. 4.1) Soportan cargas de componente vertical. Permiten el giro en cualquier direccin. Permiten el movimiento horizontal tanto longitudinal como transversalmente.

Fig. 4.1 Apoyo Multidireccional Fuente: http://www.basf-cc.es

b) Apoyo Unidireccional. (Ver Fig. 4.2) Soportan cargas de componente vertical. Permiten el giro en cualquier direccin. Permiten el movimiento horizontal en un nico eje.

Fig. 4.2 Apoyo Unidireccional Fuente: http://www.basf-cc.es

3.1.1.2. APARATOS DE APOYO FIJOSon necesarios para repartir las reacciones de las vigas en un rea suficiente para obtener presiones aceptables sobre los estribos. (Ver Fig. 4.3). Soportan cargas tanto verticales como horizontales. Permiten el giro en cualquier direccin. Movimiento horizontal coartado tanto longitudinal como transversalmente.

Fig. 4.3 Apoyo Fijo Fuente: http://www.basf-cc.es

3.2. DISEO DE LOS APARATOS DE APOYO. Los aparatos de apoyo se disean segn el material del cual est hecho el puente, as como, de la longitud de las luces de este. 3.2.1. APARATOS DE APOYO FIJOS, PARA PUENTES DE CONCRETO. En los puentes de luces moderadas, no se utilizan aparatos especiales en los apoyos fijos, soportando directamente, el estribo o pila, las reacciones de las vigas. Si el estribo o pila fuera de un material menos resistente que la estructura, debe coronrselo con una losa armada de reparticin de la misma calidad del concreto. Para luces grandes, debe intercalarse algn elemento que permita la rotacin de la elstica en el apoyo, para esto utilizan, planchas de plomo o de neopreno, o balancines similares a los usados en los puentes metlicos. En la Figura 4.4, se muestra un balancn compuesto de un sector de cilindro, en contacto con una superficie plana y sus dimensiones se determinan a base de la relacin:

Dnde: E: es el mdulo de elasticidad del material.R: es la carga normal mxima. L: es la longitud del balancn. r: es el radio. SMAX: es el esfuerzo unitario en la zona de contacto, que no debe superar el coeficiente de trabajo del material del balancn.

Fig. 4.4 Dispositivo de Apoyo Fijo, Balancn Fuente: Lecciones de Puentes: Eduardo Arnal: Ao 2000

3.2.2 APARATOS DE APOYO FIJOS, PARA PUENTES METLICOS. En los puentes de luces pequeas (menores de 15m.) puede prescindirse de los aparatos de apoyo fijos, siempre que la presin de las vigas sobre el estribo no sobrepase de 45 Kg/cm.

Fig. 4.5 Dispositivo de Apoyo Fijo, Planchas y Balancines Fuente: Lecciones de Puentes: Eduardo Arnal: Ao 2000

Para presiones mayores, es necesario intercalar entre la viga y el coronamiento, planchas o pedestales de reparticin, que aumenten el rea de apoyo de las vigas. Para luces mayores de 15 m. y en especial en los puentes de celosa, se debe permitir el libre giro de la elstica. Utilizando planchas de plomo, intercaladas entre dos planchas de acero de reparticin (Figura 3.20 a). Cuando la luz est comprendida entre 20 y 40m, se utilizan balancines de pasador que pueden obtenerse prefabricados, en tipos normales, para diferentes magnitudes de las reacciones, o bien construirse de acuerdo a un proyecto especial, verificando sus dimensiones, a fin de satisfacer sus condiciones de presin sobre el estribo, y de resistencia a la flexin, esfuerzo cortante y aplastamiento, este tipo de balancn se muestra en la Figura 3.20 b. Los pasadores se consideran como vigas cortas cilndricas, cuyo dimetro para resistir el momento M producido por las cargas ser: Cuando la luz est comprendida entre 20 y 40m, se utilizan balancines de:

3.2.3. APARATOS DE APOYO MVILES, PARA PUENTES DE CONCRETO. En los puentes de luces muy pequeas, se intercalan dos capas de papel asfaltado entre las vigas y el tope de los estribos o pilas. Para luces medianas, menores de 20 m. es conveniente usar dos planchas metlicas lisas, entre las cuales se intercala una lmina de plomo de 1/8 de espesor, o lminas de neopreno. Las Normas AASHTO, recomiendan, que para luces mayores de 15m, se utilicen rodillos. El rea de las planchas se determina para lograr una presin menor de 45Kg/cm. sobre el concreto. Para luces muy grandes, pueden utilizarse dos tipos de aparatos de apoyo: - Balancines de concreto armado, prefabricados: con planchas de plomo intercaladas o revestidos con lminas de acero, las cuales tienen sus extremidades cortadas segn cilindros de gran radio. Segn su esfuerzo, se les clasifica en tres tipos industriales, tipo Considere, con esfuerzo espiral; tipo Pendular, con superficie plana y tipo Pendular, con planchas de rodadura. Siendo el ms utilizado el tipo Considere, que puede proyectarse para ser construido en la obra, siempre que sus dimensiones cumplan las condiciones siguientes: a) La presin sobre la lmina de plomo debe ser menor o igual a 120 Kg/cm2., lo que se logra si el ancho de la espiga es:

b) La caa del balancn debe tener el mismo ancho que la viga y un espesor que se puede estimar entre 3 y 5 veces el anterior, siempre que cumpla la condicin:

c) La altura h del balancn debe ser h = 2,2(a-a) y el radio de la cara de contacto se encuentra por medio de r = R/2460; expresin donde R esta dado en Kg, y se obtiene r en centmetros.d) El concreto utilizado en el balancn debe tener una resistencia fc mayor que

e) El balancn debe llevar zunchos poco espaciados, con un rea capaz de absorber una tensin total T igual a:

Fig. 4.6 Dispositivo de Apoyo, Balancn de Hormign Armado Fuente: Lecciones de Puentes: Eduardo Arnal: Ao 2000

- Rodillos y balancines de hierro fundido: son similares a los usados en los puentes metlicos, se consiguen en medidas normalizadas, industriales, para diferentes magnitudes de las reacciones de las vigas. Son necesarios para luces grandes y puentes muy esbeltos, siendo su peso y su costo bastante elevados.3.2.4. APARATOS DE APOYO MVILES, PARA PUENTES METLICOS. En los puentes de luces menores de 20m. deben colocarse planchas deslizantes en los apoyos mviles, intercalndoles lminas de plomo de 1/8 de espesor o planchas de neopreno. Segn AASHTO, el menor espesor de las planchas debe ser 5/8 para aceros fundidos. Para luces medianas de 20 a 45 m. pueden usarse simples balancines o mecedores, como el tipo mostrado en la Figura 3.22. Al dimensionarlos, deben cuidarse que la presin sobre el estribo sea menor de 45 Kg/cm2 y que la presin entre el balancn y la plancha no sobrepase 45.r Kg/cm lineal, es decir, que su longitud sea tal que:

Fig. 4.7 Dispositivo de Apoyo Mviles, Balancn Fuente: Lecciones de Puentes: Eduardo Arnal: Ao 2000

El radio que debe darse a los rodillos de un aparato de apoyo, se determinan considerando dos cilindros elsticos con radios r y r y largo l los cuales, se comprimen con una fuerza R (Figura 3.23), deformando la generatriz de contacto y el rea de contacto viene a ser un rectngulo de largo L y de ancho a tal que.

En ese caso, la compresin unitaria mxima viene dada por la expresin:

Relacin que puede expresarse tambin como, siendo, una relacin abstracta que depende de la calidad de los materiales y de la relacin de los radios

En el caso de los rodillos citados, el material de los dos cilindros es el mismo (E1 = E2) y uno de ellos tiene radio infinito, pues es una plancha plana. Por consiguiente el rea de contacto tendr un ancho:

Y la compresin unitaria ser:

De esta ltima expresin puede derivarse el radio del cilindro necesario para no sobrepasar una determinada resistencia a la compresin. Cuando los cilindros se apoyan sobre bases cncavas del mismo material, se puede obtener el esfuerzo de contacto por la expresin:

Segn la AASHTO, el dimetro mnimo para los rodillos es 6 . Para disminuir el ancho de los aparatos de apoyo, los rodillos tienen recortados sus sectores laterales. Los grupos de rodillos segmentados, como se muestra en la Figura 3.24, se proyectan de tal forma que su radio satisfaga las condiciones antes fijadas y al mismo tiempo que: - El espesor d sea suficiente para que no se rompa el contacto al girar el rodillo. - La separacin A sea suficiente para que no tropiecen los segmentos al girar. El mximo giro permisible para que el segmento no pierda contacto con la placa es = a*d b/D radianes, mientras que, un desplazamiento de la estructura hace girar al rodillo un ngulo = 2**l/D radianes; es decir, que . Obtenindose as, que cuando = , A=D.sen .cos(+c), donde c es un margen de tolerancia.

Fig. 4.8 Rodillos Segmentados Fuente: Lecciones de Puentes: Eduardo Arnal: Ao 2000

4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES- La Norma AASHTO LRDF, recomienda el uso de los dispositivos como ser balancines, rotulas y articulaciones, para estructuras mayores a 15 m.- En la actualidad es muy comn el uso de lminas de neopreno en la construccin de los aparatos de apoyo, debido a su alta calidad y resistencia a la intemperie y envejecimiento. Adems, su procedimiento constructivo es ms fcil, comparado con los balancines, rotulas y articulaciones.

- Debido a los cambios de temperatura y contracciones de fraguado en las estructuras de concreto es necesario utilizar aparatos de apoyo mviles, debido a que permiten variaciones en la longitud de la viga. - Es necesario seguir cuidadosamente los pasos de diseo de acuerdo a la norma que se usa, en los dems elementos que compone el puente y los dispositivos de apoyo, de tal manera, en cada uno de los elementos que conforman la infraestructura de un puente, ya que un mnimo error puede ocasionar daos graves en la estructura del mismo.

5. BIBLIOGRAFIA

1. Terrazas Pastor (2014) Metodologa de la investigacin, 1ra edicin2. Hugo Acua Zeballos (2011) Maestra Gerencia de la Construccin, Mdulo: Epistemologa e Investigacin Cientfica, Metodologa de la Investigacin Cientfica.3. Centro Empresarial Latinoamericano CEMLA (2015) Gua Bsica para la presentacin, aprobacin y defensa de Monografa. 4. ARNAL, Eduardo. Lecciones de Puentes. Caracas, Universidad Central de Venezuela, 2000.5. GONZLEZ Hernndez - AMARAL Guzmn. CONSIDERACIONES DE DISEO EN LA INFRAESTRUCTURA DE PUENTES CARRETEROS, Barcelona, 2008.6. Norma AASHTO LRDF 2004, 2010, 2012