INDICE
ESTADO DEL ARTE DE PUENTES. 1
INDICE.. 1
INTRODUCCION.. 3
1. DESARROLLO E IMPORTANCIA.. 3
1.1 Importancia. 3
1.2 Desarrollo en la Historia. 4
1.2.1 Introducción. 4
1.2.2 Desarrollo en la Historia. 5
2. EVOLUCIÓN DE LA TÉCNICAS DE PUENTES. 7
2.1 Introducción. 7
2.2 Tipos de Puente. 7
2.2.1 Por su uso. 8
Compuestos. 8
Puentes decorativos y ceremoniales. 8
2.2.2 Por su Taxonomía estructural y evolucionaría. 9
2.2.3 Por tipo de material 10
2.3 Reseña de los principales puentes. 14
o Índice de tipos de puentes. 19
o Índice de estructuras relacionadas con puentes. 20
3. CRITERIOS PARA EL DISEÑO DE PROYECTOS EN EL ÁREA DE PUENTES. 20
3.1 Introducción. 20
3.2 Criterios de Diseño. 21
4. REGLAMENTACIÓN Y NORMATIVIDAD APLICABLE. 26
4.1 Normatividad en el Perú. 27
4.1.1 Manual de Puentes. 27
5. MÉTODOS DE ANÁLISIS Y DISEÑO.. 29
6. MANTENIMIENTO E INSTRUMENTACIÓN.. 29
6.1 Introducción: 29
6.2 Mantenimiento de Puentes. 30
6.2.1 Mantenimiento Rutinario. 33
6.2.2 Reparaciones. 35
6.2.3 Reforzamientos. 43
7. PRINCIPALES PUENTES: INTERNACIONAL, NACIONAL. 48
8. TENDENCIAS MUNDIALES. 48
Introducción.. 48
Tipos de puentes. 49
Records mundiales. 49
INTRODUCCION
Un Puente es una estructura que permite el paso continuo sobre un cuerpo de agua, sobre un abismo o depresión, o sobre otras estructuras. Puede usarse para el paso de peatones, vehículos, canales o tuberías. Si no salva un cuerpo de agua comparable a su tamaño el Puente es llamado viaducto; si conduce agua, acueducto.
Un puente es una construcción, por lo general artificial, 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 obstrucción. El diseño de cada puente varía dependiendo de su función y la naturaleza del terreno sobre el que el puente es construido.
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.
1. DESARROLLO E IMPORTANCIA
1.1 Importancia
La transportación es una actividad indispensable para el funcionamiento
de las sociedades especializadas al llevar a coincidir a las personas con los respectivos lugares de trabajo, residencia o recreación, a los productos con los mercados, y a las materias primas con los lugares de manufactura. Esta actividad es determinante para la estructura socioeconómica y geográfica de los países y critica para la economía. Los puentes son esenciales en todo sistema de transportación terrestre. Las alternativas para salvar obstáculos, como son el uso de vados o ancones en los cruces de los ríos, no son capaces de dar el servicio constante ni pueden atender el volumen de tráfico que un Puente.
En cuanto a su importancia ingenieril, los puentes son una prueba difícil para diseñadores y constructores. La altura de algunos puentes y las anchas Corrientes que atraviesan otros los convierten en problemas de construcción de considerable envergadura. Las condiciones de apoyo y subsuelo son a menudo difíciles. La ubicación de muchos puentes es, por necesidad, precisamente en los lugares menos indicados para la longevidad de cualquier estructura: expuestos a golpes de agua, salitre, desprendimientos de taludes, socavación por erosión, y otras condiciones que normalmente se trata de evitar. Esas onerosas condiciones, junto a las limitaciones de presupuesto y la exposición a terremotos y vientos, que los acosan al igual que a toda estructura, hacen que los puentes se encuentren entre las obras de ingeniería que más frecuentemente fallan en caso de huracanes y crecientes. El desastre más sonado relacionado a un puente en Puerto Rico ha de haber sido el del puente sobre la desembocadura del río Grande de Arecibo, el cual desapareció bajo una creciente cuando se preparaban las ceremonias de su inauguración en 1916.
En términos sociales e históricos podemos argumentar que los puentes han sido más indispensables y significativos en la vida cotidiana de los ciudadanos de épocas anteriores que muchas otras estructuras que estamos acostumbrados a ver como monumentos históricos. La persona que iba a la alcaldía una vez al año y a la iglesia una vez a la semana cruzaba el puente dos veces al día para realizar las labores con que devengaba sus ingresos para sostener a su familia y contribuir a la economía del país, al gobierno y a la iglesia.
1.2 Desarrollo en la Historia
1.2.1 Introducción
A lo largo de la historia se han utilizado diferentes estructuras y diferentes materiales para construirlos. Cada material ha tenido su propio desarrollo y lo mismo se puede decir de cada estructura.
Cada tipo de puente es adecuado para un determinado rango de luces, y en general tiene problemas teóricos, de construcción, o de escala, que lo hacen diferente de los demás, forma un subgrupo dentro de los puentes, no homologables con los otros subgrupos.
Las luces máximas son fundamentales en la historia de los puentes, porque son reflejo de su progreso y desarrollo, pero cada estructura y material tiene unas posibilidades diferentes. No es comparable un puente arco de concreto con un puente colgante. Tan importante es, en la historia de los puentes, el Salgina Tobel, un arco de concreto armado de 90 metros de luz, como el Golden Gate, un puente colgante de 1.280 metros de luz, que son casi coetáneos, porque el primero se terminó en 1930 y el segundo en 1937 pero estos dos puentes no se pueden analizar con los mismos criterios. Por ello si se quiere dar una visión general de los puentes y su historia, no se pueden estudiar como una unidad, sino como una serie de historias diferentes superpuestas. Un estudio unitario terminaría dejando fuera, por razones de escala, una gran parte de los puentes con importancia y significación histórica, y no daría idea de su riqueza y variedad.
En base a los tipos y materiales utilizados, la historia de los puentes se puede dividir en dos grandes períodos claramente diferenciados: El período de los puentes de piedra y de madera y, el período de los puentes metálicos y de concreto.
El primero abarca la mayor parte de su historia, desde los romanos hasta finales del siglo XVIII, y el segundo desde principios del siglo XIX hasta nuestros días.
Los puentes de uno y otro período tienen características muy diferentes: En el primero había un tipo de puentes durables y un material para hacerlos: los arcos de piedra, cuya técnica permaneció prácticamente invariable a lo largo de todo el período. Se constituyeron también en este período infinidad de puentes de madera, más que de piedra, pero generalmente tenían carácter provisional, aunque esto no se puede generalizar a todas las épocas y todos los países. Se utilizaron por tanto, dos materiales, la piedra y la madera, que podemos considerar naturales, porque no requieren ninguna transformación industrial. En este primer período la tecnología de los puentes estaba poco desarrollada y por ello los materiales tenían una influencia decisiva en su configuración. Por esta razón hemos estudiado su evolución y desarrollo basándonos en los materiales.
El segundo período es el polo opuesto del anterior; se caracteriza por la diversidad de tipos de estructuras y de materiales, y por la rapidez y potencia de su evolución y desarrollo. Los materiales de este período son artificiales porque requieren un proceso industrial para su fabricación, y también han sido fundamentales en la configuración de los puentes; pero tanto o más que ellos han sido las distintas estructuras, que han tenido desarrollos casi-independientes.
Por ello hemos estudiado la evolución y desarrollo de los puentes de este segundo período según sus diferentes estructuras, subdividiéndolas en los distintos materiales.
Los puentes tienen su origen en la misma prehistoria. Posiblemente el primer puente de la historia fue un árbol que usó un hombre prehistórico para conectar las dos orillas de un río. También utilizaron losas de piedra para arroyos pequeños cuando no había árboles cerca. Los siguientes puentes fueron arcos hechos con troncos o tablones y eventualmente con piedras, usando un soporte simple y colocando vigas transversales.
La mayoría de estos primeros puentes eran muy pobremente construidos y raramente soportaban cargas pesadas.
Puente Romano de Córdoba, con la Mezquita de Córdoba. Los romanos fueron grandes constructores de puentes y acueductos en la antigüedad.
Fue esta insuficiencia la que llevó al desarrollo de mejores puentes. El arco fue usado por primera vez por el Imperio Romano para puentes y acueductos, algunos de los cuales todavía se mantienen en pie. Los puentes basados en arcos podían soportar condiciones que antes se habrían llevado por delante a cualquier puente.
Un ejemplo de esto es el Puente de Alcántara, construido sobre el Río Tajo, cerca de Portugal. La mayoría de los puentes anteriores habrían sido barridos por la fuerte corriente. Los romanos también usaban cemento, que reducía la variación de la fuerza que tenía la piedra natural. Un tipo de cemento, llamado pozzolana, consistía de agua, lima, arena y roca volcánica. Los puentes de ladrillo y mortero fueron construidos después de la era romana, ya que la tecnología del cemento se perdió y más tarde fue redescubierta.
Los puentes de cuerdas, un tipo sencillo de puentes suspendidos, fueron usados por la civilización Inca en los Andes de Sudamérica, justo antes de la colonización europea en el siglo XVI.
Puente sobre el Tajo de Ronda, del siglo XVIII
Después de esto, la construcción de puentes no sufrió cambios sustanciales durante mucho tiempo. La piedra y la madera se utilizaban prácticamente de la misma manera durante la época napole
ónica que durante el reinado de Julio César, incluso mucho tiempo antes. La construcción de los puentes fue evolucionando conforme la necesidad que de ellos se sentía. Cuando Roma empezó a conquistar la mayor parte del mundo conocido, iban levantando puentes de madera más o menos permanentes; cuando construyeron calzadas pavimentadas, alzaron puentes de piedra labrada.
A la caída del Imperio Romano el arte sufrió un gran retroceso, durante más de seis siglos. El hombre medieval veía en los ríos una defensa natural contra las invasiones, por lo que no consideraba necesario la construcción de los medios para salvarlos. El puente era un punto débil en el sistema defensivo feudal. Por lo tanto muchos de los que estaban construidos fueron desmantelados, y los pocos que quedaron estaban protegidos con fortificaciones.
Durante el siglo XVIII hubo muchas innovaciones en el diseño de puentes con vigas por parte de Hans Ulrich, Johannes Grubenmann, y otros. El primer libro de ingeniería para la construcción de puentes fue escrito por Hubert Gautier en 1716.
Puente sobre el río Colorado, en Estados Unidos
Con la Revolución industrial en el siglo XIX, los sistemas de celosía de fierro forjado fueron desarrollados para puentes más grandes, pero el hierro no tenía la fuerza elástica para soportar grandes cargas. Con la llegada del acero, que tiene un alto límite elástico, fueron construidos puentes mucho más largos, muchos utilizando las ideas de Gustave Eiffel.
2. EVOLUCIÓN DE LA TÉCNICAS DE PUENTES
2.1 Introducción La gran irregularidad topográfica de nuestro país, y el rápido desarrollo de los 
centros urbanos han determinado que las vías de comunicación requieran con gran frecuencia de la construcción de puentes y viaductos.
Por lo general, el término puente se utiliza para describir a las estructuras viales, con trazado por encima de la superficie, que permiten vencer obstáculos naturales como ríos, quebradas, hondonadas, canales, entran
tes de mar, estrechos de mar, lagos, etc.
Por su parte, el término viaducto está generalmente reservado para el caso en que esas estructuras viales se construyan por necesidades urbanas o industriales (como los pasos elevados dentro de las ciudades o de los complejos industriales), o para evitar el cruce con otras vías de comunicación (como los intercambiadores de tránsito en las 
autopistas).
2.2 Tipos de Puente
Existen seis tipos principales de puentes: puentes viga, en ménsula, en arco, colgantes, atirantados y apuntalados. El resto de tipos son derivados de estos. Colgante (Golden Gate), trabaja a tracción en la mayor parte de la estructura.
En arco (Puente de Alcántara), trabaja a compresión en la mayor parte de la estructura. Usadodesde la antigüedad.
En ménsula (Puente Rosario-Victoria), trabaja a tracción en la zona superior de la estructura y compresión en la inferior. Los puentes atirantados (foto) son una derivación de este estilo.
En viga (Stuttgart Cannstatt Eisenbahnviadukt), trabaja a tracción en la zo
na inferior de la estructura y compresión en la superior, es decir, soporta un esfuerzo de flexión. No todos los viaductos son puentes viga; muchos son en ménsula.
En viga (Stuttgart Cannstatt Eisenbahnviadukt), trabaja a tracción en la zo
na inferior de la estructura y compresión en la superior, es decir, soporta un esfuerzo de flexión. No todos los viaductos son puentes viga; muchos son en ménsula. Carretero.
El Puente de Carlos en Praga, un claro ejemplo de puente para peatones y ciclistas. Un puente es diseñado para trene s, tráfico automovilístico o peatonal, tuberías de gas o agua para su transporte o tráfico marítimo. En algunos casos puede haber restricciones en su uso. Por ejemplo, puede ser un puente en una autopista y estar prohibido para peatones y bicicletas, o un puente peatonal, posiblemente también para bicicletas.
El área debajo de muchos puentes se ha convertido en refugios improvisados y albergues para la gente sin hogar.
Las partes inferiores de los puentes alrededor de todo el mundo son puntos frecuentes de grafiti.
Un acueducto es un puente que transporta agua, asemejando a un viaducto, que es un puente que conecta puntos de altura semejante.
Puentes decorativos y ceremoniales
Para crear una imagen bella, algunos puentes son construidos mucho más altos de lo necesario. Este tipo, frecuentemente encontrado en jardines con estilo asiático oriental, es llamado "Puente Luna", evocando a la luna llena en ascenso.
Otros puentes de jardín pueden cruzar sólo un arroyo seco de guijarros lavados, intentando únicamente transmitir la sensación de un verdadero arroyo.
Comúnmente en palacios un puente será construido sobre una corriente artificial de agua simbólicamente como un paso a un lugar o estado mental imporante. Un conjunto de cinco puentes cruzan un sinuoso arroyo en un importante jardín de la Ciudad Prohibida en Pekín, China. El puente central fue reservado exclusivamente para el uso del Emperador, la Emperatriz, y sus sirvientes.
2.2.2 Por su Taxonomía estructural y evolucionaría
Los puentes pueden ser clasificados por la forma en que las cuatro fuerzas de tensión, compresión, flexión y tensión cortante o cizalladura están distribuidas en toda su estructura. La mayor parte de los puentes emplea todas las fuerzas principales en cierto grado, pero sólo unas pocas predominan. La separación de fuerzas puede estar bastante clara. En un puente suspendido, los elementos en tensión son distintos en forma y disposición. En otros casos las fuerzas pueden estar distribuidas entre un gran número de miembros, tal como en uno apuntalado, o no muy perceptibles a simple vista como en una caja de vigas. Los puentes también pueden ser clasificados por su linaje.
La Puente "Octavio Frías de Oliveira" en São Paulo , Brasil , es el único puente atirantado en el mundo con dos pistas curvas sostenidas por una única estructura.[1]
El área debajo de muchos puentes se ha convertido en refugios improvisados y albergues para la gente sin hogar.
Las partes inferiores de los puentes alrededor de todo el mundo son puntos frecuentes de grafiti.
Un acueducto es un puente que transporta agua, asemejando a un viaducto, que es un puente que conecta puntos de altura semejante.
Puentes decorativos y ceremoniales
Para crear una imagen bella, algunos puentes son construidos mucho más altos de lo necesario. Este tipo, frecuentemente encontrado en jardines con estilo asiático oriental, es llamado "Puente Luna", evocando a la luna llena en ascenso.
Otros puentes de jardín pueden cruzar sólo un arroyo seco de guijarros lavados, intentando únicamente transmitir la sensación de un verdadero arroyo.
Comúnmente en palacios un puente será construido sobre una corriente artificial de agua simbólicamente como un paso a un lugar o estado mental imporante. Un conjunto de cinco puentes cruzan un sinuoso arroyo en un importante jardín de la Ciudad Prohibida en Pekín, China. El puente central fue reservado exclusivamente para el uso del Emperador, la Emperatriz, y sus sirvientes.
2.2.2 Por su Taxonomía estructural y evolucionaría
Los puentes pueden ser clasificados por la forma en que las cuatro fuerzas de tensión, compresión, flexión y tensión cortante o cizalladura están distribuidas en toda su estructura. La mayor parte de los puentes emplea todas las fuerzas principales en cierto grado, pero sólo unas pocas predominan. La separación de fuerzas puede estar bastante clara. En un puente suspendido, los elementos en tensión son distintos en forma y disposición. En otros casos las fuerzas pueden estar distribuidas entre un gran número de miembros, tal como en uno apuntalado, o no muy perceptibles a simple vista como en una caja de vigas. Los puentes también pueden ser clasificados por su linaje.
La Puente "Octavio Frías de Oliveira" en São Paulo , Brasil , es el único puente atirantado en el mundo con dos pistas curvas sostenidas por una única estructura.[1]
La eficiencia estructural de un puente puede ser considerada como el radio de carga soportada por el peso del puente, dado un determinado conjunto de materiales. En un desafío común, algunos estudiantes son divididos en grupos y reciben cierta cantidad de palos de madera, una distancia para construir, y pegamento, y después les piden que construyan un puente que será puesto a prueba hasta destruirlo, agregando progresivamente carga en su centro. El puente que resista la mayor carga es el más eficiente.
Una medición más formal de este ejercicio es pesar el puente completado en lugar de medir una cantidad arreglada de materiales proporcionados y determinar el múltiplo de este peso que el puente puede soportar, una prueba que enfatiza la economía de los materiales y la eficiencia de las ensambladuras con pegamento.
La eficiencia económica de un puente depende del sitio y tráfico, el radio de ahorros por tener el puente (en lugar de, por ejemplo, un ferry, o una ruta más larga) comparado con su costo. El costo de su vida está compuesto de materiales, mano de obra, maquinaria, ingeniería, costo del dinero, seguro, mantenimiento, renovación, y finalmente, demolición y eliminación de sus asociados, reciclado, y reemplazamiento, menos el valor de chatarra y reutilización de sus componentes. Los puentes que emplean sólo compresión son relativamente ineficientes estructuralmente, pero pueden ser altamente eficientes económicamente donde los materiales necesarios están disponibles cerca del sitio y el costo de la mano de obra es bajo. Para puentes de tamaño medio, los apuntalados o de vigas son usualmente los más económicos, mientras que en algunos casos, la apariencia del puente puede ser más importante que su eficiencia de costo. Los puentes más grande generalmente deben construirse suspendidos.
2.2.3 Por tipo de material
Se usan diversos materiales en la construcción de puentes. En la antigüedad, se usaba principalmente madera y posteriormente se usó roca. Más recientemente se han construido los puentes metálicos, material que les da mucha mayor fuerza. Los principales materiales que se usan para la edificación de los puentes son:
· Piedra
· Madera
· Acero
· Hormigón armado (concreto)
· Hormigón pretensado
· Hormigón postensado
· Mixtos
La eficiencia económica de un puente depende del sitio y tráfico, el radio de ahorros por tener el puente (en lugar de, por ejemplo, un ferry, o una ruta más larga) comparado con su costo. El costo de su vida está compuesto de materiales, mano de obra, maquinaria, ingeniería, costo del dinero, seguro, mantenimiento, renovación, y finalmente, demolición y eliminación de sus asociados, reciclado, y reemplazamiento, menos el valor de chatarra y reutilización de sus componentes. Los puentes que emplean sólo compresión son relativamente ineficientes estructuralmente, pero pueden ser altamente eficientes económicamente donde los materiales necesarios están disponibles cerca del sitio y el costo de la mano de obra es bajo. Para puentes de tamaño medio, los apuntalados o de vigas son usualmente los más económicos, mientras que en algunos casos, la apariencia del puente puede ser más importante que su eficiencia de costo. Los puentes más grande generalmente deben construirse suspendidos.
2.2.3 Por tipo de material
Se usan diversos materiales en la construcción de puentes. En la antigüedad, se usaba principalmente madera y posteriormente se usó roca. Más recientemente se han construido los puentes metálicos, material que les da mucha mayor fuerza. Los principales materiales que se usan para la edificación de los puentes son:
· Piedra
· Madera
· Acero
· Hormigón armado (concreto)
· Hormigón pretensado
· Hormigón postensado
· Mixtos
A.1 PUENTES MAMPOSTERÍA DE PIEDRA EN ARCO
Son los puentes de mayor antigüedad en el mundo. En Europa se pueden
encontrar puentes de mampostería de piedra en arco (como parte de acueductos romanos), construidos hace más de 2000 años. Aprovechan las características beneficiosas de la geometría en arco (trabajan fundamentalmente a compresión y limitan o eliminan totalmente el efecto de la flexión), y pueden ser utilizados para vencer luces de hasta 10 m. Algunas de las vías más antiguas del país, cuyo trazado todavía se mantiene como alterno, aún conservan viejos puentes de piedra en arco. Prácticamente ya no se construyen más puentes de este tipo pues no existe la mano de obra calificada para este tipo de obras.
A.2 PUENTES DE MADERA
Los puentes de madera se han utilizado eficientemente, con luces de hasta 20 m, en caminos de poca circulación, con vehículos livianos. La gran ventaja de este tipo de puen
tes es la reducción de costos al utilizar materiales y mano de obra de la misma zona.
La mayor parte de puentes de madera construidos en el país son pequeñas estructuras rústicas en caminos de segundo, tercer orden y vecinales. El principal problema de los puentes de madera es la necesidad de proporcionarles un adecuado mantenimiento para tener un tiempo de vida aceptable, caso contrario, en lugar
de constituir una solución se convierten en un riesgo.
A.3 PUENTES DE HORMIGÓN ARMADO:
Los puentes de hormigón armado, en carreteras de primero y segundo orden, han tenido éxito en el Ecuador con luces de hasta 25 m. Luces superiores son inconvenientes para este tipo de puentes por el incremento desmedido de su peso y de su costo. La gran experiencia que se tiene con el manejo del hormigón armado, que se traduce en mano de obra y dirección técnica relativamente calificadas, y también en disponibilidad de los materiales, ha permitido su construcción en todas las regiones del país.
El principal problema constructivo constituyen los encofrados que, en su configuración tradicional, solamente pueden ser utilizados en cauces de ríos poco profundos y poco caudalosos. En ríos de cauces profundos se suele construir un encofrado tipo arco para no provocar un incremento excesivo de costos de construcción (se construye un puente provisional de madera que sirve de encofrado para el puente definitivo de hormigón).
A.4 PUENTES TRADICIONALES DE HORMIGÓN PREESFORZADO
La tecnología del hormigón preesforzado (pretensado y postensado) tradicional permitió superar parcialmente las limitaciones de los puentes de hormigón armado, llegándose a implementar soluciones viables en puentes de hasta 45 m de luz. Generalmente se han utilizado dos variantes constructivas de esta tecnología consistentes en la fundición y tensado (tesado) in situ, o la fundición y tensado previo, y el lanzamiento posterior de las vigas.
La reducción en el peso de la estructura es el efecto más importante en los puentes de hormigón preesforzado. Una viga de puente de 20 m. de longitud (con 4 vigas para 2 carriles), que en hormigón armado requeriría una altura aproximada de 2.00 m. y un ancho de 0.50 m., en hormigón postensado podría tener 1.40 m. de altura, y un ancho variable entre 0.50 m. y 0.20 m., reduciéndose su peso aproximadamente a la mitad.
A.5 PUENTES DE ACERO
Los puentes de acero construidos en el país han permitido alcanzar luces importantes. Los puentes sobre vigas metálicas pueden vencer luces de hasta 45 m (similar al preesforzado tradicional), mientras que con puentes metálicos en celosías se ha alcanzado los 80 m, y con puentes metálicos en arco se ha llegado hasta 100 m, constituyendo luces importantes.
Los puentes metálicos tienen dos tipos de limitantes: su costo por utilizar materiales importados, y la necesidad de un mantenimiento considerable.
Un tipo muy importante de puentes metálicos constituyen los Puentes de Circunstancia, que se los utilizan por su rapidez de construcción (los más pequeños pueden ser armados en 24 horas). El más conocido en esta categoría es el Puente Bailey.
2.3 Reseña de los principales puentes
PUENTES COLGANTES. El primer puente colgante construido en el mundo fue en el año 1846 sobre el río Ohio en Wheeling, Virginia, Estados Unidos; con una longitud de 308 m., y quien lo diseña y construye fue el ingeniero estadounidense de origen alemán, John Roebling,
El Golden Gate, en San Francisco, Estados Unidos, inaugurado en 1937, tiene un tramo central de 1.280 m suspendido de unas torres de 227 m de altura. Tiene un margen de altura de 67 m. El puente sobre el estrecho del Bósforo en Estambul, Turquía, tiene un tramo central de 1.080 m. Se inauguró en 1973 y constituye la primera comunicación permanente de autopista entre Europa y Asia. Hasta 1995, el puente de Humber era uno de los puentes colgantes más largos del mundo. Se construyó en 1980 en el estuario Humber, en Inglaterra, con un tramo central de 1.410 m. El puente colgante más alto, 321 m sobre el nivel del agua, atraviesa la Royal Gorge sobre el río Arkansas, en Colorado, Estados Unidos. El Pont de Normandie, de 2.200 m de longitud, inaugurado en 1995, atraviesa el estuario del Sena desde Le Havre a Honfleur, en Francia. Su tramo central, de 856 m, dobla en longitud al puente Ikuchi, en Japón, que hasta entonces era el puente colgante de cable más grande del mundo. El Pont de Normandie está diseñado para soportar vientos de hasta 120 kilómetros por hora.
En puentes colgantes los cables principales poseen forma de catenaria y se encuentran apoyados en las torres altas y atirantados en los extremos a macizos de anclaje.
La tensión que se produce por el peso del puente suspendido se convierte en una fuerza vertical hacia abajo en la torres y en una tensión angular hacia arriba en los macizos de anclaje. La fundación en este tipo de puente se resume a dos elementos: pilas en forma de torres y macizos de anclaje a tensión en los extremos.
Existe un elemento esencial para la estabilidad de la estructura que consiste en una viga longitudinal rigidizadora, la cual en general se conforma por una cercha larga, continua y esbelta, la cual puede ir por encima ó por debajo de la calzada. En muchos puentes esta cercha se utiliza para alojar un segundo piso a la estructura, en donde eventualmente puede ir una vía férrea. Si esta viga rigidizadora no es provista, la carga viva rodante tenderá para ciertas posiciones de carga a formar una onda a lo largo de la calzada y los vientos laterales podrán causar oscilaciones muy peligrosas, provocando la caída de la estructura (Tacoma Narrow Bridge).
Tirantes. Este tipo de puente se caracteriza porque los tramos no se sujetan por sus extremos, sino cerca del centro de sus vigas. El puente de Forth, sobre el estuario de Forth en Queensferry, Escocia, es un puente ferroviario de acero con dos tramos principales de 520 m cada uno, y una longitud total de 1,6 km; fue construido entre 1882 y 1890 por los ingenieros John Fowler y Benjamin Baker. El puente de Quebec, sobre el río St. Lawrence (Lawrence, Canadá), terminado en 1917, tiene un tramo principal de 550 m; soporta una carretera y una vía de tren de dos carriles. El puente de Carquinez Strait, cerca de San Francisco, Estados Unidos, terminado en 1927, tiene dos tramos de 335 m y unos tramos de anclaje de 152 m; fue diseñado para resistir terremotos. El puente Howrah, sobre el río Hooghly en Calcuta, la India, tiene un tramo principal de 457 m, y se inauguró en 1943. El Greater New Orleans Bridge (1958) sobre el río Mississippi, Estados Unidos, tiene un tramo principal de 480 metros.
En los puente de cables atirantados, numerosos grupos inclinados de alambres de acero se hacen cargó por su calidad de tirantes, de la misma función ejercida por los cables portadores - tendidos entre las pilas en los puentes colgantes y por los cables verticales que penden de los cables principales.
Una ventaja que tiene este tipo de puente reside en que se puede lograr una gran esbeltez del tablero, el cual generalmente tiene la forma de viga cajón. Según la forma de colocación del cable atirantado, el tablero puede ir soportado con dos cables en los bordes externos ó con un solo cable central, siendo indispensable una gran rigidez a la torsión.
Hay diferentes alternativas en cuanto la forma de distribuir los cables en la pila de soporte, pudiendo tener:
Forma de arpa: con los cables atirantados paralelos entre si y anclados en la pila a diferentes alturas, Forma de abanico los cables atirantados se anclan en la pila en un solo punto y desde allí parten en forma de abanico a la losa de calzada y Forma de haz: constituye una alternativa intermedia la cual exige menos material y simplifica el anclaje y la forma de transmisión de las cargas a la pila.
Los cables se anclan en puntos de apoyo en la losa de calzada a distancias que oscilan entre 10 y 20 mts. Longitudinalmente los cables pueden colocarse en hileras en uno ó dos niveles, lo cual exige una ejecución lo suficientemente rígida de la losa de calzada.
Puente en arco. Una modalidad interesante la constituye el tipo de puente donde el arco está diseñado en forma superior sobre la calzada, y colgando del arco bajan tirantes que soportan la calzada. En esta solución estructural, la calzada puede servir de tirante horizontal entre los extremos del arco, anulando en esta forma los empujes y convirtiéndolo en una estructura simplemente apoyada.
El puente en arco por voladizos sucesivos constituye una variedad de arco solamente desde el punto de vista constructivo, al ser ejecutado en secciones cortas de 3 a 5 mts. mediante una cimbra en voladizo con encofrado. A continuación las secciones parciales van tensándose con la sección ya terminada. Se han logrado en esta forma luces de hasta 240 mts.
Los puentes colgantes existen en forma primitiva en América desde la época de los Incas. Modernamente este tipo de puentes está conformado por un tablero el cual cuelga de tirantes verticales, los cuales a su vez penden de los cables principales.
En arco de acero. El ingeniero estadounidense James Buchanan Eads construyó el primer puente de acero sobre el río Mississippi en St. Louis, Missouri, en el año 1874. El puente ferroviario Hell Gate, sobre el río East, en Nueva York, era el puente de arco de acero más largo del mundo cuando se inauguró en 1917, con un tramo principal de 298 m. El puente que atraviesa el río Niágara desde Queenston, Ontario, Canadá, a Lewiston, Nueva York, Estados Unidos, inaugurado en 1965, utiliza un arco de acero de 305 metros.
En arco de Concreto. Durante el comienzo del siglo XX, el desarrollo del concreto armado proporcionó grandes progresos a la construcción de puentes con arcos de concreto. El puente del Esla, sobre el río Esla, en España, con un tramo central de 197 m, se construyó en 1940. El puente de Gladesville (1964) en Sydney, Australia, se eleva 46 m sobre el río Parramatta con un arco de hormigón de 305 m. En Croacia se construyó un puente de arco de concreto de 390 m de longitud y 67 m de altura en 1979. La construcción de viaductos, se ha efectuado con puentes de arcos múltiples de hormigón. El viaducto ferroviario Tunkhannock, en Pennsylvania, Estados Unidos (1916), tiene 724 m de longitud y está formado por diez arcos de 55 m y dos de 30 m. El viaducto para automóviles Columbia, también en Pennsylvania, tiene una longitud de 2.090 m y está formado por 28 arcos de hormigón de 56 metros.
En arco de Mampostería. El desarrollo del tren provocó la reutilización de los arcos de medio punto en la construcción de puentes, realizados con piedra tallada en los lugares donde esto resultaba económico. El viaducto de piedra de Ballochmyle, que cruza el río Ayr cerca de Mauchline, en Escocia, tiene un tramo soportado por un arco de medio punto de 55 m. Un viaducto de 3.658 m compuesto por 222 arcos de piedra comunica la ciudad de Venecia con tierra firme. El tramo soportado por arco de piedra más grande, de 90 m, es el puente de Syra, en Plauen, Alemania; se terminó en 1903. No se han seguido construyendo más puentes con arcos de piedra por su alto coste.
Vigas trianguladas. La construcción de puentes con vigas de acero trianguladas o reticuladas se ha empleado mucho por su bajo costo. Desarrollos recientes han aumentado la longitud de los tramos, así como la utilización de estructuras reticuladas continuas. En los últimos años se ha desarrollado la llamada construcción ortotrópica, en la cual unas planchas de acero de refuerzo actúan al mismo tiempo como soporte de la calzada y como soporte de las vigas transversales y de las vigas maestras longitudinales. Inaugurado en 1967, el mayor puente de este tipo es el San Mateo-Hayward, en San Francisco, Estados Unidos.
Móviles. Además de las secciones de algunos puentes de pontones, los tramos móviles pueden ser basculantes (puentes levadizos), giratorios o de elevación vertical, según las necesidades locales. El primer tipo de puente basculante fue el ala abatible de madera que servía para cruzar el foso de los castillos y que se elevaba con cadenas desde el interior. Este tipo de puente, con uno o dos tramos de bisagra y contrapesados, es apropiado para vías navegables estrechas con mucho tráfico.
El Puente de la Torre (1894) sobre el río Támesis, en Londres, es el ejemplo más famoso de este tipo de construcción. Los puentes giratorios tienen un tramo móvil montado sobre un pivote o plataforma giratoria en su centro. El tramo más largo de este tipo de puente, con 166 m, es el de un puente para trenes y automóviles, terminado en 1927 que cruza el Mississippi en Fort Madison, Iowa, Estados Unidos. Los puentes de elevación vertical se utilizan para tramos largos donde es necesario despejar toda la anchura del canal y a una altura considerable. El tramo de elevación vertical más largo transporta una vía de tren sobre Arthur Kill, entre Staten Island y Elizabeth, Nueva Jersey, Estados Unidos; se construyó en 1959.
El tramo mide 170 m y tiene un margen de altura de 9,5 m cerrado y 41 m levantado.
Pontones. Son puentes flotantes permanentes, a diferencia de las estructuras temporales militares, que se instalan en lugares donde las condiciones locales lo hacen necesario. Un puente flotante de 466 m atraviesa el río Hooghly, en Calcuta, la India; soporta una carretera a 8,2 m sobre el agua con 14 pares de pontones de hierro, de 48 m de largo y 3,1 m de ancho. 14 pares de pontones de hierro, de 48 m de largo y 3,1 m de ancho.
Los puentes de vigas simplemente apoyadas pueden contener vigas de madera, acero, concreto armado ó concreto precomprimido. Las losas pueden ser de madera para vigas de madera, de concreto armado para vigas de concreto armado, precomprimido o acero; y de acero para vigas de acero.
Puentes de un solo tramo. Es el tipo de puente mas elemental y de construcción mas sencilla, Normalmente son ejecutados de concreto armado vaciado en sitio, de vigas pretensadas ó postergadas, de vigas de acero y de celosías de acero. Pueden construirse en luces que oscilan entre de 15 mts. y hasta de 300 mts. dependiendo del material utilizado y del sistema de construcción empleado.
Puentes de varios tramos simples. Son los obtenidos uniendo varios tramos de vigas en una sola luz sin continuidad y con apoyos intermedios. Tienen el inconveniente de tener muchas juntas de dilatación, pero son aptos para asentamientos diferenciales pequeños en terrenos de pobre calidad.
Puentes de vigas articuladas ó Gerber. Son aquellos puentes con vigas simples con volados, en cuyos extremos se articulan y apoyan tramos simples, resultando un sistema estáticamente determinado. Son muy aptos para terrenos de mala calidad, pero requieren mayor mantenimiento debido a las juntas de dilatación y las articulaciones indispensables.
Puentes con Pilas tipo cónsolas. Este diseño es particularmente apto para puentes isostáticos en curva, debido a que la consola puede tener un ancho radial, permitiendo construir puentes en curva con tramos rectos.
También es conveniente en puentes muy largos con elementos prefabricados, como es el caso del Puente sobre el Lago de Maracaibo con una luz total de 8.676 mts., en el cual las consolas con 189 mts. de luz tienen la variante de no estar en cantiliver sino atirantadas con cables a torres en forma de A de 92 mts de altura.
Puentes Hiperestáticos. Los puentes hiperestáticos comprenden una gran variedad de tipos de estructuras, por lo cual resulta difícil tratar de englobarlos en prototipos, ya que en muchos casos pueden resultar una mezcla de diferente alternativas y aún sus sistemas de construcción puede contener también simultáneamente alternativas distintas.
Son sin lugar a dudas, los más económicos y los que hacen mejor uso no solo de los materiales, sino del grado de hiperestaticidad de la estructura. En cuanto a su diseño, resultan considerablemente mas elaborados complejos, y requieren generalmente del aporte de computadoras y de programas especializados.
Tienen la desventaja de que pueden presentar problemas ante descensos diferenciales de los apoyos y deben también considerarse las dilataciones por temperatura que puedan ocurrir cuando los puentes son muy largos.
Puentes Continuos. Los puentes continuos son los que siempre tienen mas de dos tramos, apoyándose tanto en los apoyos extremos como en los apoyos intermedios en forma simple, sin que exista continuidad alguna con los soportes, y sin juntas de dilatación internas. Pueden tener cualquier tipo de sección transversal, a saber: losa maciza, viga T, viga cajón celular de concreto, viga palastro de acero, viga cajón de acero y aun en grandes cerchas de acero. Para luces hasta 35 mts. se diseñan normalmente de sección longitudinal recta.
Longitudinalmente cuando se trata de luces mayores de 35 mts. se usan de sección longitudinal variable con acartelamientos rectos ó parabólicos, dándole mayor altura en los apoyos y mas esbeltez en el CIL de los tramos, lo cual nos permite lograr luces mayores. En general desde el punto de vista económico, las luces internas deben ser de 1.3 a 1.4 mayores que las luces externas.
Puentes Apórticados Los puentes apórticado son aquellos en lQS cuales la superestructura y la infraestructura están unidas rígidamente en los nodos a los efectos de flexión. Los pórticos pueden ser ejecutados en concreto armado, en acero y en concreto postensado. Para luces medias ó grandes que sobrepasan los 30 mts. deben ser de sección variable y preferentemente postensados. Son especialmente aptos para pasos a dos niveles.
Pórtico Trilátero Biarticulado. El pórtico trilátero biarticulado constituye una estructura clásica de la época de posguerra cuando comenzaron a dotarse las carreteras y autopistas con distribuidores de tránsito y pasos a dos niveles. También se difundió ampliamente como paso a dos niveles para ferrocarriles.
Generalmente por economía son de sección variable y requieren casi siempre estar articulados en los extremos inferiores de los pies del pórtico, a fin de no transmitir a las fundaciones momentos flectores. Hoy en día su tecnología resulta costosa en comparación con otros tipos de puentes
Pórticos con soportes inclinados. Los pórticos con pies inclinados son una variedad de pórtico de tres luces, donde los soportes centrales son inclinados permitiendo mayor luz central, lo cual es muy conveniente cuando se trata de salvar grandes vanos. Deben estar fundados en sitios rocosos ó con muy buen sistema de fundación.
Puentes Pórtico con triángulos. En este tipo de pórtico también llamado Gable Bent, el soporte ó pié y el tramo lateral forman un triángulo de barras. El apoyo de los dos triángulos de barras puede ejecutarse de forma articulada, convirtiéndolo en una estructura prácticamente isostática desde el punto de vista fundaciones.
La construcción del arco tiene su origen en la bóveda. Dada la alta resistencia a compresión de los materiales de construcción tales como la piedra, el ladrillo y modernamente el concreto armado, la forma del arco impide que se produzcan esfuerzos a tracción por estar trabajando las secciones a compresión, trasmitiendo los empujes a los contrafuertes. Este tipo de puente debe estar ubicado en suelos rocosos y muy estables.
Puentes Movibles. Finalmente no podemos dejar de mencionar un tipo de puente utilizado en algunos países para salvar ríos y canales navegables, donde existe un denso tráfico de embarcaciones y donde no es económico diseñar un puente con altura ó gálibo suficiente para permitir el paso de embarcaciones. Este tipo de puente en general es una variante de los tipos anteriores pero con características especiales.
Hay tres tipos principales que podemos mencionar:
Giratorio: el cual consiste en general de un tablero que gira 900 sobre una pila central, teniendo la desventaja que solo es utilizable la mitad de su longitud. el mas largo existente sobre el río Misssissippi para ferrocarril tiene una luz de 158 mts, Basculante: consistente en dos voladizos con contrapesos, los cuales basculan sobre dos pivotes horizontales dejando una apertura central por la cual pasan las embarcaciones. El puente Sault Ste. Marie en Michigan tiene el récord en longitud con una luz de 100 mts, Levadizo: el cual usualmente consiste en una viga apoyada en los extremos desde sendas torres por cables verticales los cuales son accionados por un elevador. El más largo de este tipo tiene una luz de 167 mts. es para ferrocarril y se encuentra en Elizabeth, New Jersey.
o Índice de tipos de puentes
Puente en arco
Puente viga
Puente atirantado
Puente atirantado de pilón contrapeso
Puente levadizo
Puente de viga metálica
Puente suspendido
Puente de troncos
Puente en ménsula
o Índice de estructuras relacionadas con puentes
Puente Bailey
Pasarela de acceso a aeronaves
Puente acueducto
Viaducto
Pozo de cimentación
3. CRITERIOS PARA EL DISEÑO DE PROYECTOS EN EL ÁREA DE PUENTES
3.1 Introducción
Los puentes deberán ser diseñados teniendo en cuenta los estados limite que se especificaran, para cumplir con los objetivos de constructibilidad, seguridad y servicialidad, así como la debida consideración en lo que se refiere a Inspección, Economía y Estética.
Se realizará una revisión a las sobrecargas de diseño que han venido utilizándose en nuestro medio para diseño de puentes, así como la nueva sobrecarga considerada en el Manual de Diseño de Puentes y dos camiones Diseño de Puentes y dos camiones representativos del Reglamento Nacional representativos del Reglamento Nacional de Vehículos.
3.2 Criterios de Diseño
SOBRECARGAS VEHICULARES
· ESPECIFICACIONES AASHTO ESTÁNDAR
o H15– S16 o HS15 (24 t)
o H20 – S16 o HS20 (32 t)
o HS20 + 25% o HS25 (41 t)
· ESPECIFICACIONES AASHTO LRFD
o AASHTO HL93
· REGLAMENTO FRANCÉS REGLAMENTO FRANCÉS
4. REGLAMENTACIÓN Y NORMATIVIDAD APLICABLE
4.1 Normatividad en el Perú
4.1.1 Manual de Puentes
En este manual del MTC, se brinda las pautas necesarias para el planeamiento, el análisis y el diseño de puentes carreteros y puentes peatonales. El manual abarca desde la ingeniería básica que incluye los estudios topográficos, hidrológicos e hidráulicos geológicos geotécnicos, de riesgo sísmico, impacto ambiental, trafico, alternativas de diseño vial, alternativas de anteproyecto y factibilidad. El manual en la mayor parte es una adaptación de las Especificaciones de la American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO) que han sido tradicionalmente las más utilizadas en el Perú. La sobrecarga especificada en este manual es la AASHTO HL-93.
El formato adoptado para este manual es el de “Cargas y Resistencias Factoradas” (LRFD), lo que permite la consideración adecuada de la variabilidad tanto en las cargas como en las propiedades de los elementos resistentes. Los puentes son diseñados para satisfacer una serie de condiciones límite de seguridad y de servicio, teniendo en cuenta los aspectos constructivos, la posibilidad de inspección, de estética y de economía. El formato LRFD es más racional que el tradicional diseño en condiciones de servicio lo que explica la tendencia mundial hacia la adopción de códigos en ese formato.
SOLICITACIONES GEOMÉTRICAS.
ESPACIAMIENTO ENTRE PILAS, ORIENTACIÓN Y TIPO.
Las pilas de un puente deben ubicarse de acuerdo con los requerimientos de la navegación y de manera que produzcan la mínima obstrucción a la corriente. En general, deben colocarse paralelamente a la dirección de la misma en épocas de avenidas. Asimismo, para dar paso a los materiales de arrastre y a los hielos, los claros del puente y el espacio libre vertical deberán tener la amplitud adecuada, de acuerdo con el tipo de pila y, en caso necesario emplear desviadores de materiales de arrastre.
ANCHO DE CALZADAS Y BANQUETAS.
El ancho de la calzada será el ancho libre entre las partes inferiores de las guarniciones medido normalmente al eje longitudinal del puente; Si las guarniciones no existen el ancho libre será la distancia mínima entre las cara interiores del parapeto del puente.
El ancho de la banqueta será el ancho libre entre la cara interior del parapeto y la parte extrema de la guarnición o guardarueda exterior medido normalmente al eje longitudinal del puente, salvo que exista una armadura, trabe o parapeto adyacente a la guarnición, en cuyo caso, el ancho se medirá hasta la orilla exterior de la banqueta.
La cara de la guarnición se define como el parámetro interior, vertical o inclinado de la propia guarnición. Las dimensiones horizontales del ancho de la calzada y de la guarnición se toman desde la base, o desde la base del paño inferior, si se trata de guarniciones escalonadas. El ancho máximo de las guarniciones redondeadas será de 0.23 m.
En los tramos de acceso con guarnición y cuneta, ya sea en uno o en ambos extremos del puente, la altura de la guarnición del puente debe coincidir con la de acceso, o ser, preferentemente, mayor. Cuando no se asignen guarniciones en el acceso, la altura de la guarnición en el puente no será menor de 0.20 m y de preferencia no mayor de 0.25 m.
Cuando se requieran banquetas para el transito de peatones en las vías rápidas urbanas, deberán aislarse de la calzada del puente por medio de parapetos.
GÁLIBOS.
A) De Navegación.- La autorización para la construcción de un paso sobre una vía navegable, exceptuando aquellas que por su categoría se hallen previamente autorizadas por la Comandancia de la Guardia Costera, deban obtenerse de esta propia comandancia y de las demás autoridades competentes.
B) Vehicular.- Para la circulación de vehículos, el gálibo horizontal será el ancho libre, en tanto que el gálibo vertical será la altura libre, tal como se muestra en la figura siguiente:
PARAPETOS.
Deberán instalarse parapetos a ambos lados de la estructura del puente para protección tanto del transito como de los peatones, cuando existan banquetas.
En los puentes que no pertenezcan a vías rápidas urbanas y que dispongan de banquetas adyacentes a las calzadas, deberá instalarse entre estas dos el parapeto o barrera para calzada, además de un parapeto para banqueta en el lado exterior.
A) Parapetos para calzada.- Aunque el propósito principal de los parapetos para calzada es controlar el transito que circula por la estructura, deben tomarse en cuenta otros factores, como son la protección de los ocupantes del vehículo en caso de colisión, y a los peatones que circulan en el puente, además de la buena apariencia y la suficiente visibilidad para los vehículos que lo transiten.
Los materiales empleados en los parapetos para calzada serán: concreto, acero o una combinación de ellos. La altura del parapeto para calzada no será menor de 0.69 m, medida desde la corona de la calzada o guarnición al remate superior del parapeto.
B) Parapetos para banquetas.- Los elementos de estos parapetos se calcularán de acuerdo con el tipo y volumen del transito de peatones calculado en el proyecto, tomando en cuenta la buena apariencia, la seguridad y la suficiente visibilidad por parte de los conductores.
Los materiales empleados en estos parapetos serán: concreto, acero o una combinación de estos materiales. La altura mínima será de 0.91 m (preferentemente 1.07 m.), medida desde la superficie de la banqueta hasta el remate del barrote superior del parapeto.
DRENAJE DE LA CALZADA.
El drenaje transversal se efectuara por medio del bombeo que se da a la carpeta, y el drenaje longitudinal, por medio de la contraflecha del claro, o bien por la pendiente de la rasante. El agua que se drene por las cunetas del camino debe desviarse, no permitiendo, de ninguna manera, que fluya sobre el puente. Los puentes cortos, de un solo claro, particularmente pasos superiores, pueden construirse sin drenes, efectuándose el drenaje de la calzada del puente mediante conductos abiertos o cerrados colocados en los extremos de la estructura. El drenaje longitudinal de los puentes largos se realiza por medio de drenes o coladeras de dimensiones y en numero suficiente para desalojar debidamente la cuneta. La disposición de los drenes del puente se hará en forma tal que el agua no descargue sobre ningún elemento de la estructura, para evitar su erosión en dicho sitio. Cuando se requieran bajadas, serán rígidas y de material resistente a la corrosión. SOBREELEVACIÓN.
En las curvas horizontales de un puente la sobreelevación se hará de acuerdo con las especificaciones establecidas para la construcción del camino, pero en ningún caso excederá del 10% del ancho de la calzada.
REVESTIMIENTO DEL PISO DE PUENTES.
El revestimiento del piso de los puentes deberá ser de un material antiderrapante.
INSTALACIONES DESTINADAS A SERVICIOS PÚBLICOS.
Cuando así se requiera, se tomaran las precauciones necesarias para alojar a las bases y los postes para los cables de los troles o del alumbrado, así como los ductos para el agua, cables de electricidad, teléfono, gas o drenaje.
5.MÉTODOS DE ANÁLISIS Y DISEÑO
falta
6 MANTENIMIENTO E INSTRUMENTACIÓN
6.1 Introducción:
El mantenimiento de puentes es una de las actividades más importantes entre las que hay que realizar para llevar a cabo la conservación de una red de carreteras. Su objetivo final, como la de toda labor de conservación, es la del mantenimiento de todas las condiciones de servicio de la carretera en el mejor nivel posible.
La falta de mantenimiento adecuado en los puentes da lugar a problemas de funcionalidad y seguridad que pueden ser graves: limitación de cargas, restricciones de paso, riesgo de accidentes, riesgo de interrupciones de la red..., y a un importante problema económico por el acortamiento de la vida útil de las obras.
Las causas y razones más comunes por las que es necesario el mantenimiento de un puente son:
1) Errores en el proyecto, errores durante la construcción, vigilancia, mantenimiento o reparaciones inexistentes o inadecuadas.
2) Materiales inadecuados o deterioro y degradación de los mismos.
3) Variación con el tiempo de las condiciones de trafico (cargas y velocidades).
4) Acciones naturales de tipo físico, mecánico o químico (intemperismo).
5) Acciones accidentales, terremotos, avalanchas, inundaciones, explosiones, impacto de vehículos con elementos estructurales del puente.
6.2 Mantenimiento de Puentes
Según la importancia del deterioro observado, las acciones para el mantenimiento un puente se clasifica en tres grupos:
· Mantenimiento rutinario.
· Reparaciones.
· Reforzamientos.
Como ya se ha señalado mas del 50% de los puentes teóricamente son considerados fuera de vida útil, sin embargo, resulta complicado pensar en la sustitución y en la inversión que para ello se requiere, por lo que parece más sencillo y practico continuar con un programa permanente de mantenimiento, reparación y refuerzo de puentes.
El mantenimiento rutinario es una labor substantiva que debe ampliarse para evitar que crezca el número de puentes con daños. Con los trabajos de reparación y reforzamiento, se pretende que los puentes recuperen un nivel de servicio similar al de su condición original. Sin embargo, por la evolución del transito, a veces no es posible obtener este resultado y se requieren trabajos de refuerzos y ampliaciones.
Problemas Que Se Presentan En Los Puentes y Sus Posibles Causas
Son muchos los problemas que se presentan durante la vida útil de un puente, a continuación trataremos de sintetizar esos problemas y las soluciones que se presentan con más frecuencia.
La presencia de agua por una inadecuada evacuación de la misma da lugar a problemas muy diversos que pueden afectar tanto a los estribos como a las pilas, cabezales, arcos, bóvedas, tableros, vigas, apoyos, terraplenes de acceso, etc. Ya sea por la propia acción directa del agua: erosiones, socavaciones, humedad. Por su acción como vehículo de otros agentes agresivos: corrosión por sales, ataque por sulfatos, disolución de ligantes en mortero, ó por jugar un papel predominante en otros fenómenos: reacción árido-álcali.
En las estructuras metálicas resulta evidente la importancia de evitar la presencia permanente en determinadas zonas de humedad, que acabaran siendo origen de fuertes problemas de corrosión.
Los desperfectos originados en las zonas de apoyo y juntas por las humedad que permanentemente se presentan en tales zonas. El mantenimiento de los desagües del tablero es importante.
Las fisuras de flexión son las que se sitúan mas generalmente en la zona central del claro, incluyendo las zonas llamadas de "momentos nulos". Nacen en la fibra inferior, cortan el cordón inferior de la viga, suben por el alma, al principio verticalmente, y luego se inclinan bajo la influencia del esfuerzo cortante cuando se aproximan a los apoyos.
Solo pueden existir fisuras inclinadas en el alma, en la cercanía de los apoyos, son fisuras producidas por el esfuerzo cortante.
Estas fisuras son activas, es decir, su abertura varia bajo el efecto diario del gradiente térmico (insolación del tablero) y bajo el de la circulación (vehículos pesados).
La razón esencial de esta fisuración es un pretensado insuficiente ante las solicitaciones de flexión de la estructura.
Se logra el objetivo de la reparación poniendo en una obra un pretensado adicional después de haber inyectado las fisuras que estén suficientemente abiertas; el umbral de una inyección es del orden de 0.2 a 0.3 mm.
Por su proximidad al mar, las altas temperaturas del verano y los vientos dominantes, el puente esta sometido a un ambiente altamente agresivo, lo que unido a la deficiente calidad de los materiales y la alta porosidad del concreto puede producir la alta carbonatación del mismo, acelerando la oxidación de las armaduras y el arrancamiento del concreto en muchas zonas.
La oxidación en mayor o menor grado de la armadura activa puede ser extremadamente grave, pues es sabido que la corrosión bajo tensión es un fenómeno que produce su rotura sin previo aviso, poniendo en peligro la estabilidad del puente. Esta corrosión por lo general puede ser debida a dos causas: recubrimientos defectuosos o insuficientes o fallos en la inyección de las vainas.
Perdidas de recubrimiento, oxidación de armaduras, grietas y fisuras generalizadas en todos los elementos del puente, mas a menudo en el tablero y las zonas próximas a las juntas y los drenes.
Despegue del concreto de las péndolas en el tablero y arcos, oxidación de las rotulas metálicas, mal funcionamiento de los drenes del tablero, juntas no estancas y muy deterioradas, muchas veces inexistentes.
A causa de los materiales: concreto fabricado con áridos con elevado contenido del feldespatos (granitos, esquistos, pizarras, etc.), si después tiene un aporte considerable de agua, en este caso este tipo de áridos puede reaccionar con el hidróxido cálcico de la pasta de cemento, produciendo unos nuevos compuestos químicos: ceolitas, productos que son expansivos y que en un plazo más o menos largo producen la destrucción del concreto.
Los procedimientos más usuales para solucionar los problemas más comunes
en cada una de las etapas y para los elementos más comunes en los puentes, se sintetizan a continuación:
1.- Cauces y cimentaciones.
a) Limpiar, reponer y estabilizar la alineación y la sección transversal del cauce.
b) Para evitar erosiones y socavaciones: utilizar gaviones o muros de mampostería o de concreto ciclópeo.
c) Reconstruir los conos de derrame y delantales frente a los apoyos extremos.
d) Hacer zampeados de mampostería de piedra con dentellones en el fondo del cauce.
e) Proteger los caballetes con pedraplenes o escolleras instaladas al frente y alrededor.
SUBESTRUCTURAS
A) Recimentación de pilas y estribos:
- Utilizando concreto ciclópeo colado bajo el agua.
- Construcción de una pantalla perimetral de micropilotes.
B) Reparación y refuerzo de pilas y estribos fracturados por socavación, hundimientos e inclinación por cargas.
- Utilizando encamisados de concreto.
- Con el adosamiento de estructuras metálicas.
C) Reparación de pilotes que presentan fractura y exposición del acero de refuerzo.
D) Reforzamiento de corona y cabezales.
E) Inyección de grietas y reposición de concreto degradado.
F) Reconstrucción de coronas y bancos de apoyo.
SUPERESTRUCTURAS
1.- De concreto:
A) Reparación de grietas en trabes, diafragmas y losas.
- Inyección de resinas epoxicas.
B) Para reforzar los elementos de la superestructura:
- Adosar solerás metálicas con resinas epoxicas.
- Incremento del numero de trabes.
- Construir sobrelosas.
- Colocar preesfuerzo longitudinal, transversal y vertical.
C) Alineamiento de superestructuras desplazadas transversalmente por asentamiento de los apoyos o por efectos dinámicos, sismos e impactos de vehículos.
2.- metálicas:
A) Reparaciones por oxidación y corrosión:
- Sustitución de elementos que han tenido perdidas del área de su sección transversal.
- Reemplazo de remaches y pernos.
B) Para reforzar los miembros de la superestructura:
- Con cubreplacas.
- Con perfiles laminados.
- Incremento del numero de trabes.
C) Sustitución de sistemas de piso.
D) Ampliaciones y refuerzo.
3.- Arcos de mampostería y arcos de concreto:
Mampostería: Ha requerido reforzamientos con arco de concreto o trabes pretensadas, afianzamiento de dovelas y, para su ampliación, se han construido sobrelosas voladas de concreto armado.
Los puentes de arcos de concreto, en general, han presentado la misma problemática que las estructuraciones de concreto reforzado.
DISPOSITIVOS DE APOYO
Requieren de un programa de limpieza a intervalos regulares y protegerlos con pintura o material galvanizado.
En caso de corrosión severa que impidan su funcionamiento, deben reemplazarse.
Otros casos típicos de sustitución se presentan con mecedoras de concreto armado que se fisuran ó los apoyos que se deforman.
6.2.1 Mantenimiento Rutinario
Las tareas de conservación se pueden clasificar en: ordinarias y extraordinarias, en función de que sean labores que se deban llevar a cabo con una periodicidad fija o de que haya que efectuarlas sólo cuando la evolución del estado del elemento a conservar lo demande.
Del primer grupo (ordinarias), se refieren básicamente a la de inspección, limpieza y pintura; mientras que las del segundo (extraordinarias) abarcan un amplio campo que va desde la rehabilitación del concreto degradado hasta la renovación de elementos de equipamiento como juntas, impermeabilización, etc.
· DEFINICIÓN
El mantenimiento rutinario lo comprenden aquellas actividades de mantenimiento en los puentes que pueden ser realizadas por el personal de las residencias de conservación. Dichas actividades son:
- Señalización, pintura, alumbrado, etc.
- Limpieza de acotamientos, drenes, lavaderos y coronas de pilas, estribos, caballetes, etc.
- Limpieza y rehabilitación de conos de derrame incluida su protección, enrrocamiento o zampeado.
- Limpieza y rehabilitación del cauce.
- Recarpeteo de los accesos del puente.
- Protección contra la socavación.
- Reacondicionamiento de parapetos dañados.
- Limpieza o rehabilitación de las juntas de dilatación.
- Limpieza o protección de apoyos.
· ACCIONES MÁS COMUNES
Las acciones del mantenimiento rutinario más comunes son las siguientes:
Limpieza de drenes, limpieza de juntas, pequeños rellenos en zonas erosionadas en los terraplenes de acceso, limpieza en zona de apoyos, pintura de barandillas, señalamientos, etc. Todas estas operaciones se llevan a cabo por los equipos encargados del mantenimiento ordinario de la carretera.
Barreras de seguridad y barandillas. El mantenimiento y renovación de las barreras de seguridad doble-onda en las estructuras está sujeto a los mismos condicionantes que en el resto de la carretera. Únicamente se da el problema diferencial de la oxidación.
Aceras y canalizaciones. La corrosión de los anclajes que unen las piezas a la estructura, los movimientos diferenciales, los usos de explotación diferentes a los previstos inicialmente, etc. , unidos a los defectos de la colocación inicial, dan lugar a bastantes reparaciones algunas muy costosas y complejas. Además, en ocasiones, el concreto con el que se construyeron estos elementos es de menor calidad que el empleado en la estructura por lo que en aceras e impostas se dan comparativamente bastantes problemas de deterioro.
El pavimento. Normalmente la vida de las mezclas asfálticas sobre tableros es mucho más dilatada que en pavimentos normales produciéndose la rotura al cabo de los años por cuarteos debidos al propio envejecimiento de la mezcla y el despegue propiciado por el agua que escurre entre el pavimento y la losa.
Por otra parte es obvia la conveniencia de no reparar el pavimento añadiendo una capa sobre la existente por lo que supone de sobrecarga y en muchos casos la anulación de bordillos, drenes y juntas de dilatación.
Por consiguiente las acciones de conservación que se llevan acabo sobre el pavimento de los puentes consisten en el sellado de grietas o el extendido de capas finas a base de lechadas asfálticas que regeneran las características superficiales y a la vez que mejoran la impermeabilidad de las losas.
En otros casos es necesario eliminar el pavimento existente mediante fresado o demolición, y extender una nueva capa de mezcla asfáltica previa renovación o implantación de la correspondiente capa de impermeabilización.
6.2.2 Reparaciones
A. DEFINICIÓN
Reparaciones dentro del mantenimiento se consideran las siguientes acciones:
Sellado de fisuras, inyección de fisuras, saneo de concreto degradado, reposición de concreto, limpieza de armaduras, impermeabilización del tablero, pintura perimetral, recolocación o recalce de apoyos, reparación o reposición de barreras o parapetos, reparación de aceras y canalizaciones de servicios, actuaciones sobre el pavimento y otras actuaciones singulares como, por ejemplo, arreglo de socavaciones en la cimentación, etc. Estas acciones se llevan a cabo por equipos específicos una vez que se ha decidido su realización.
La reparación de los puentes enmarca las siguientes actividades en los puentes que son realizadas por personal técnico especializado (Empresas Contratistas):
o Alineamiento vertical y horizontal de tableros de la superestructura.
o Cambio de apoyos.
o Cambio de juntas de dilatación.
o Rehabilitación del concreto degradado.
o Tratamiento de armados expuestos.
o Inyección de grietas en subestructura y superestructura.
o Protección de aceros expuestos en subestructura y superestructura utilizando Sand-Blasting, picado o pegacreto para colocar concreto lanzado.
Otro tipo de acciones es la reparación de daños producidos por golpes. Con cierta frecuencia se producen colisiones del tráfico con las obras, especialmente de vehículos que circulan con altura excesiva de carga por pasos inferiores, aunque también dentro de la propia autopista por colisionar contra pilas, etc. Estos daños cuando se producen son reparados aunque no constituyan un peligro inmediato para el buen funcionamiento de la estructura. La reparación consiste normalmente en la eliminación del concreto roto y su sustitución por un mortero de reparación.
A. ACCIONES Y PROCEDIMIENTOS MÁS COMUNES
Cuando el deterioro del concreto de la estructura del puente aparece en estado avanzado, con desprendimientos en algunas zonas, armaduras pasivas al descubierto con oxidación evidente, y a veces, desaparición de la misma, armaduras activas con inicios de oxidación y sus conductos con zonas sin inyectar, falta de recubrimiento, o síntomas de fallas en los anclajes; la reparación del puente se efectuara atendiendo a los principios siguientes:
Las acciones que se llevan a cabo mas frecuentemente son:
- Impermeabilización y regeneración del concreto de losas, pilas y estribos, consistente en:
Descubrir la cara superior del tablero y proceder a su inspección y auscultación para descubrir fisuras, zonas huecas, degradación, etc. En pilas y estribos se inspeccionan las partes visibles.
Inyectar las fisuras cuya abertura y profundidad suponga un peligro grave para la durabilidad tanto en la cara superior como inferior, y sellar el resto.
Eliminar, en el caso que existe, el concreto cuarteado, desagregado, o separado en láminas y sustituirlo por un mortero de reparación.
Limpiar el oxido de las armaduras descubiertas y sustituirlas en el caso de que tuvieran una corrosión importante.
Mejorar en sistema de drenaje en los casos en que convenga.
Extender una capa de impermeabilización competente en la cara superior del tablero, regularizando la superficie previamente si es necesario.
Recubrir el concreto visto, cara inferior de las losas, pilas, estribos, alzados, etc. con una pintura antihumedad y anticarbonatación transparente o de color, previo chorreado con arena.
Reparación o sustitución de elementos del equipamiento. Componen el equipamiento de un puente: los apoyos, las juntas de dilatación, los sistemas de impermeabilización y drenaje, el pavimento, las barreras de seguridad, las barandillas, las aceras, las eventuales canalizaciones para servicios, etc.
En la mayoría de los casos, además, del deterioro de estos elementos es mucho más rápido que el de la estructura por lo que normalmente una buena parte de acciones va dirigida a la reparación o renovación de los mismos.
Las acciones que se llevan a cabo son las siguientes:
B.1 Cambio de apoyos elastomericos.
Aunque presumiblemente en un futuro sea necesaria la renovación de apoyos, hasta el momento no se han observado roturas ni envejecimiento que hagan aconsejable su sustitución salvo en algún caso aislado. Sin embargo si ha sido necesario recolocar algunas pastillas de neopreno que se habían desplazado de su posición original como consecuencia normalmente de una mala colocación inicial y de un deficiente apoyo de la estructura.
También ha sido necesario corregir el descenso de algunas líneas de apoyos sobre estribos cimentados en terraplenes o macizos que han sufrido asentamientos. Estos descensos producen un quiebro brusco en el perfil longitudinal que es preciso corregir para mantener la regularidad de la rasante.
La elevación de apoyos es una de las acciones de conservación más complejas y costosas ya que exige el levantamiento del tablero mediante gatos, el desvío del tráfico y la demolición parcial y posterior recrecido de los muretes de contención del firme.
A continuación el procedimiento constructivo del cambio de apoyos:
B.2 Inyección de grietas.
Pasos a seguir para la inyección de grietas:
1.- Preparación de la superficie. Limpiar con un cepillo de alambre el área de la grieta removiendo el concreto deteriorado, quedando una superficie libre de grasas y polvo. Cuando exista humedad en la fisura es preciso retirarla a base de aire comprimido de tal manera que la fisura quede totalmente seca.
2.- Colocación de la pasta. Colocación de la pasta de poliester (sellador) con una espátula sobre el inyector, esta pasta deberá ser capaz de soportar la presión de inyección sin que se bote.
3.- Colocación de inyectores. Colocar los inyectores a lo largo de la fisura sujetándolos por medio de un clavo. Colocar pasta sellador a lo largo de toda la fisura de tal manera que no pueda fugarse la resina durante la inyección. Cuando las fisuras atraviesen todo el elemento se deberán colocar inyectores en ambos lados.
4.- Prueba de sello. Una vez endurecido el sello, se conectaran las mangueras a los inyectores y mediante aire a baja presión se comprobara la comunicación de todos los puntos de salida y la estanqueidad del sello.
5.- Inyección. Una vez comprobada la continuidad de los puntos se deberá realizar lo siguiente:
a) Preparar la resina.
b) Iniciar la inyección por el punto extremo inferior de la fisura hasta que la resina salga por el siguiente punto.
c) Cortar la manguera y pizcarla con hilo de alambre de tal manera que este totalmente cerrada.
d) Seguir inyectando hasta que la resina salga por el inyector superior, cerrarlo y mantener la presión durante algunos minutos para asegurar el llenado completo de la fisura.
e) Dejar un testigo de resina para que después se pueda verificar su endurecimiento.
f) Para realizar la inyección se utilizara un recipiente provisto de un manómetro de manera que se pueda controlar la presión de inyección (no mayor a 5 Kg/cm2 y no menor a 1.5 Kg/cm2.
6.- Limpieza. Se debera secar la resina por lo menos 24 horas y se verifica que haya endurecido. Una vez endurecida la resina, retirar la pasta sellador e inyectores, y limpiar y pulir la superficie.
B.2.1 Cambio de juntas de dilatación.
Las juntas son seguramente el elemento más delicado del equipamiento. Estas juntas, por definición, tienen la tarea de unir los espacios libres, requeridos por razones del comportamiento estructural entre dos elementos de un puente.
Una junta eficiente tiene que cumplir característicamente con los siguientes requisitos:
Transmisión de cargas y libertad de movimiento.
Durabilidad de todos los elementos de la junta.
Emisión baja de ruidos durante el paso de vehículos.
Autolimpiables.
Las acciones del trafico inciden directamente sobre ellas mediante solicitaciones de impacto repetitivas, lo que produce el agotamiento por fatiga o el desgaste de sus componentes, a los que hay que añadir la corrosión de los elementos metálicos y el envejecimiento de perfiles de goma, morteros, etc. Las acciones que se llevan a cabo son de dos tipos:
Reparación de juntas: sustitución de módulos retos, apretado de tuercas, y tornillos, reparación del mortero lateral roto o cuarteado, sustitución de perfiles de goma envejecidos o despegados.
Renovación de juntas: cambio de la junta por una nueva. En este caso es posible en bastantes ocasiones colocar una nueva junta más sencilla que la original debido a que los movimientos iniciales de la estructura (fluencia, retracción, etc.) no han de tenerse en cuenta.
Procedimiento constructivo de modernización de junta de calzada:
1.- Cortar y retirar la carpeta asfáltica en un ancho de 20 cms. En ambos lados de la junta de dilatación.
2.- Realizar la demolición de la losa y hasta 15 cms. dentro de la banqueta para
fijar el remate de la junta de dilatación.
3.- Retirar ángulos y placa de acero de junta existente.
4.- Colocar y habilitar perfil en la calzada en ambos lados de la junta.
5.- Checar nivelación de la junta.
6.- Colar y vibrar perfectamente zona de juntas.
7.- una vez fraguado el concreto se colocara el perfil de neopreno.
5.5.2.4.- Tratamiento de armados expuestos.
El procedimiento más común para el tratamiento de las armadura oxidadas:
Se descubrirán picando todo el concreto que las cubre.
Se eliminara el oxido no adherido (cepillo de alambre o chorro de arena), después se les aplicara una pintura anticorrosiva.
Si la armadura presenta una perdida de sección notable se suplantará, si es posible, con una nueva soldada a la antigua.
5.5.2.5.- Rehabilitación del concreto degradado.
Su necesidad surge por varios motivos. El proceso normal de degradación de las estructuras de concreto armado al estar sometido a las acciones ambientales da lugar a que se presente algunas degradaciones que es necesario reparar para evitar daños mayores.
Por una parte la inevitable carbonatación del concreto va penetrando progresivamente hasta alcanzar las armaduras, que pierden así la protección que les proporcionaba la elevada basicidad inicial. Este efecto, unido al ingreso de cloruros procedente fundamentalmente de las sales de deshielo, facilita la corrosión de las armaduras con los efectos negativos sobre el concreto, que conlleva a : fisuración, delaminación y desintegración mas o menos localizadas.
Por otra parte, los fenómenos químicos del tipo reacción árido-álcali y similares, que cuando se producen, dan origen a hinchamientos que se traducen normalmente en fisuración. Esta fisuración es debida en muchos casos a la superación de la resistencia a la tracción.
Estos procesos de degradación están ligados principalmente a dos factores: la mayor o menor permeabilidad del concreto y la existencia de agua que pueda acceder a la masa del concreto.
Esta serie de causas da lugar a un conjunto de acciones destinadas a rehabilitar el concreto y las armaduras deterioradas y a mejorar el sistema de impermeabilización y evacuación del agua, enemigo numero uno de las obras.
El procedimiento para la rehabilitación del concreto degradado se expone a continuación:
El concreto alterado se saneara incluyendo las zonas fisuradas demoliendo, la superficie así obtenida se limpiara cuidadosamente (cepillo metálico o chorro de arena) antes de colocar el concreto o el mortero que sustituirá la zona desaparecida. Este nuevo mortero o concreto deberá cumplir las siguientes condiciones:
- Tener una adherencia perfecta con el concreto viejo. Es normal para garantizarlo dar una impregnación de resina epoxica a la superficie de contacto.
- Resistencia mecánica mayor o igual a la del soporte.
- Baja o nula retracción.
- Modulo de deformación ligeramente al concreto de la pieza de soporte.
- Coeficiente de dilatación térmica próxima a la del soporte.
Estas condiciones suelen cumplirlas básicamente bien los morteros de cemento con los aditivos correctos.
6.2.3 Reforzamientos
A. DEFINICIÓN
Desde el punto de vista estructural se puede considerar que el refuerzo de un puente es debido, en general, a una de las tres razones siguientes:
a) Necesidad funcional de aumentar la capacidad resistente de un puente. b) Corregir fallos detectados que hacen suponer que ha disminuido la capacidad de carga prevista inicialmente.
c) Saneamiento, reparación y refuerzo de puentes sometidos al deterioro natural del tiempo.
B. ACCIONES Y PROCEDIMIENTOS MÁS COMUNES
Entre las acciones más comunes dentro del reforzamiento de un puente, están:
o Elevación de rasantes.
o Ampliación de áreas hidráulicas.
o Reforzamiento pasivo ( Inyección de grietas con resinas epoxicas y colocación de placas mecánicas adheridas ).
o Reforzamiento activo: (Inyección de grietas con resinas epoxicas).
o Reforzamiento externo: longitudinal, transversal y vertical.
Es muy frecuente clasificar los procedimientos utilizados en el refuerzo de estructuras en:
- Procedimientos pasivos. - Procedimientos activos.
Estos últimos, los activos, como sabemos, son aquellos basados en la introducción en la estructura de acciones o deformaciones que modifican su estado tensional favoreciendo su comportamiento resistente.
Entre los procedimientos pasivos más utilizados se pueden citar los siguientes:
o Refuerzo con concreto armado.
o Refuerzo con concreto proyectado.
o Refuerzo con adición de PLACAS y perfiles metálicos.
Entre las aplicaciones del refuerzo con concreto armado se pueden citar:
a) Refuerzo de pilares mediante recrecido de los mismos.
b) Refuerzo de tableros mediante recrecido de sus vigas o losa para aumentar su resistencia a la flexión y/o al cortante.
En todos los casos se ha de garantizar el trabajo conjunto del concreto existente y del refuerzo, la limpieza de la superficie de unión, utilización de conectores y la aplicación de una resina especial.
Los refuerzos con concreto proyectado (gunita) se adaptan bien cuando hay que recubrir grandes superficies con un pequeño espesor, tanto como para reponer recubrimientos alterados como para el refuerzo con adición de armaduras pasivas. Se necesita una buena preparación de la superficie a tratar y se recomienda el tratamiento con chorro de arena o agua a alta presión. Prácticamente solo se recomienda el sistema por vía seca, ya que la vía húmeda proporciona un concreto de peor calidad (menor resistencia, menor adherencia, mayor retracción y menor compacidad). El personal debe ser altamente especializado.
B.1 ENCAMISADO DE PILAS
Es necesario cuando la capacidad de carga de un puente esta en duda, cuando se presentan problemas de socavación o simplemente cuando se quiere proteger a las pilas contra posibles impactos con basura que arrastra la corriente.
Este procedimiento se utiliza en la mayoría de las ocasiones para protección de la mampostería contra impactos, socavación o reforzamiento de las pilas, por lo regular se realiza de la siguiente manera:
Etapa 1.- Si existe escurrimiento se deberá desviar por medio de costaleras, y excavar hasta el nivel de desplante de la cimentación dejando un espacio suficiente para efectuar los trabajos. Etapa 2.- Resanar con Grout los huecos existentes en la mampostería.
Etapa 3.- Colocar elementos de anclaje con una separación aproximada de 100 cms. En ambos sentidos para fijar la malla de refuerzo.
Etapa 4.- Colocar y fijar la malla a los elementos de anclaje dejando una separación mínima de 7.5 cms entre la malla y la mampostería.
Etapa 5.- Colar concreto de 15 cms de espesor. (Nota: En algunas ocasiones en la etapa 5 se puede utilizar el concreto lanzado.)
B.2 REFUERZO CON PLACAS Y PERFILES METÁLICOS
En cuanto al refuerzo con PLACAS y perfiles metálicos los más frecuentes son los siguientes:
a) Refuerzo con perfiles metálicos superpuestos.
b) Refuerzo con placas metálicas ancladas. Se caracteriza por la colocación de placas metálicas ancladas al elemento que se va a reforzar a través de conectores, consiguiendo así una unión casi continua a nivel de sección.
c) El refuerzo con placas metálicas encoladas es posible gracias al desarrollo de las formulaciones de las resinas epoxicas que han resuelto el problema de unir piezas de acero al concreto sin necesidad de anclajes.
Son los puentes de mayor antigüedad en el mundo. En Europa se pueden
encontrar puentes de mampostería de piedra en arco (como parte de acueductos romanos), construidos hace más de 2000 años. Aprovechan las características beneficiosas de la geometría en arco (trabajan fundamentalmente a compresión y limitan o eliminan totalmente el efecto de la flexión), y pueden ser utilizados para vencer luces de hasta 10 m. Algunas de las vías más antiguas del país, cuyo trazado todavía se mantiene como alterno, aún conservan viejos puentes de piedra en arco. Prácticamente ya no se construyen más puentes de este tipo pues no existe la mano de obra calificada para este tipo de obras.A.2 PUENTES DE MADERA
Los puentes de madera se han utilizado eficientemente, con luces de hasta 20 m, en caminos de poca circulación, con vehículos livianos. La gran ventaja de este tipo de puen
tes es la reducción de costos al utilizar materiales y mano de obra de la misma zona.La mayor parte de puentes de madera construidos en el país son pequeñas estructuras rústicas en caminos de segundo, tercer orden y vecinales. El principal problema de los puentes de madera es la necesidad de proporcionarles un adecuado mantenimiento para tener un tiempo de vida aceptable, caso contrario, en lugar
de constituir una solución se convierten en un riesgo.A.3 PUENTES DE HORMIGÓN ARMADO:
Los puentes de hormigón armado, en carreteras de primero y segundo orden, han tenido éxito en el Ecuador con luces de hasta 25 m. Luces superiores son inconvenientes para este tipo de puentes por el incremento desmedido de su peso y de su costo. La gran experiencia que se tiene con el manejo del hormigón armado, que se traduce en mano de obra y dirección técnica relativamente calificadas, y también en disponibilidad de los materiales, ha permitido su construcción en todas las regiones del país.
El principal problema constructivo constituyen los encofrados que, en su configuración tradicional, solamente pueden ser utilizados en cauces de ríos poco profundos y poco caudalosos. En ríos de cauces profundos se suele construir un encofrado tipo arco para no provocar un incremento excesivo de costos de construcción (se construye un puente provisional de madera que sirve de encofrado para el puente definitivo de hormigón).
A.4 PUENTES TRADICIONALES DE HORMIGÓN PREESFORZADO
La tecnología del hormigón preesforzado (pretensado y postensado) tradicional permitió superar parcialmente las limitaciones de los puentes de hormigón armado, llegándose a implementar soluciones viables en puentes de hasta 45 m de luz. Generalmente se han utilizado dos variantes constructivas de esta tecnología consistentes en la fundición y tensado (tesado) in situ, o la fundición y tensado previo, y el lanzamiento posterior de las vigas.
La reducción en el peso de la estructura es el efecto más importante en los puentes de hormigón preesforzado. Una viga de puente de 20 m. de longitud (con 4 vigas para 2 carriles), que en hormigón armado requeriría una altura aproximada de 2.00 m. y un ancho de 0.50 m., en hormigón postensado podría tener 1.40 m. de altura, y un ancho variable entre 0.50 m. y 0.20 m., reduciéndose su peso aproximadamente a la mitad.
A.5 PUENTES DE ACERO
Los puentes de acero construidos en el país han permitido alcanzar luces importantes. Los puentes sobre vigas metálicas pueden vencer luces de hasta 45 m (similar al preesforzado tradicional), mientras que con puentes metálicos en celosías se ha alcanzado los 80 m, y con puentes metálicos en arco se ha llegado hasta 100 m, constituyendo luces importantes.
Los puentes metálicos tienen dos tipos de limitantes: su costo por utilizar materiales importados, y la necesidad de un mantenimiento considerable.
Un tipo muy importante de puentes metálicos constituyen los Puentes de Circunstancia, que se los utilizan por su rapidez de construcción (los más pequeños pueden ser armados en 24 horas). El más conocido en esta categoría es el Puente Bailey.
2.3 Reseña de los principales puentes
PUENTES COLGANTES. El primer puente colgante construido en el mundo fue en el año 1846 sobre el río Ohio en Wheeling, Virginia, Estados Unidos; con una longitud de 308 m., y quien lo diseña y construye fue el ingeniero estadounidense de origen alemán, John Roebling,
El Golden Gate, en San Francisco, Estados Unidos, inaugurado en 1937, tiene un tramo central de 1.280 m suspendido de unas torres de 227 m de altura. Tiene un margen de altura de 67 m. El puente sobre el estrecho del Bósforo en Estambul, Turquía, tiene un tramo central de 1.080 m. Se inauguró en 1973 y constituye la primera comunicación permanente de autopista entre Europa y Asia. Hasta 1995, el puente de Humber era uno de los puentes colgantes más largos del mundo. Se construyó en 1980 en el estuario Humber, en Inglaterra, con un tramo central de 1.410 m. El puente colgante más alto, 321 m sobre el nivel del agua, atraviesa la Royal Gorge sobre el río Arkansas, en Colorado, Estados Unidos. El Pont de Normandie, de 2.200 m de longitud, inaugurado en 1995, atraviesa el estuario del Sena desde Le Havre a Honfleur, en Francia. Su tramo central, de 856 m, dobla en longitud al puente Ikuchi, en Japón, que hasta entonces era el puente colgante de cable más grande del mundo. El Pont de Normandie está diseñado para soportar vientos de hasta 120 kilómetros por hora.
En puentes colgantes los cables principales poseen forma de catenaria y se encuentran apoyados en las torres altas y atirantados en los extremos a macizos de anclaje.
La tensión que se produce por el peso del puente suspendido se convierte en una fuerza vertical hacia abajo en la torres y en una tensión angular hacia arriba en los macizos de anclaje. La fundación en este tipo de puente se resume a dos elementos: pilas en forma de torres y macizos de anclaje a tensión en los extremos.
Existe un elemento esencial para la estabilidad de la estructura que consiste en una viga longitudinal rigidizadora, la cual en general se conforma por una cercha larga, continua y esbelta, la cual puede ir por encima ó por debajo de la calzada. En muchos puentes esta cercha se utiliza para alojar un segundo piso a la estructura, en donde eventualmente puede ir una vía férrea. Si esta viga rigidizadora no es provista, la carga viva rodante tenderá para ciertas posiciones de carga a formar una onda a lo largo de la calzada y los vientos laterales podrán causar oscilaciones muy peligrosas, provocando la caída de la estructura (Tacoma Narrow Bridge).
Tirantes. Este tipo de puente se caracteriza porque los tramos no se sujetan por sus extremos, sino cerca del centro de sus vigas. El puente de Forth, sobre el estuario de Forth en Queensferry, Escocia, es un puente ferroviario de acero con dos tramos principales de 520 m cada uno, y una longitud total de 1,6 km; fue construido entre 1882 y 1890 por los ingenieros John Fowler y Benjamin Baker. El puente de Quebec, sobre el río St. Lawrence (Lawrence, Canadá), terminado en 1917, tiene un tramo principal de 550 m; soporta una carretera y una vía de tren de dos carriles. El puente de Carquinez Strait, cerca de San Francisco, Estados Unidos, terminado en 1927, tiene dos tramos de 335 m y unos tramos de anclaje de 152 m; fue diseñado para resistir terremotos. El puente Howrah, sobre el río Hooghly en Calcuta, la India, tiene un tramo principal de 457 m, y se inauguró en 1943. El Greater New Orleans Bridge (1958) sobre el río Mississippi, Estados Unidos, tiene un tramo principal de 480 metros.
En los puente de cables atirantados, numerosos grupos inclinados de alambres de acero se hacen cargó por su calidad de tirantes, de la misma función ejercida por los cables portadores - tendidos entre las pilas en los puentes colgantes y por los cables verticales que penden de los cables principales.
Una ventaja que tiene este tipo de puente reside en que se puede lograr una gran esbeltez del tablero, el cual generalmente tiene la forma de viga cajón. Según la forma de colocación del cable atirantado, el tablero puede ir soportado con dos cables en los bordes externos ó con un solo cable central, siendo indispensable una gran rigidez a la torsión.
Hay diferentes alternativas en cuanto la forma de distribuir los cables en la pila de soporte, pudiendo tener:
Forma de arpa: con los cables atirantados paralelos entre si y anclados en la pila a diferentes alturas, Forma de abanico los cables atirantados se anclan en la pila en un solo punto y desde allí parten en forma de abanico a la losa de calzada y Forma de haz: constituye una alternativa intermedia la cual exige menos material y simplifica el anclaje y la forma de transmisión de las cargas a la pila.
Los cables se anclan en puntos de apoyo en la losa de calzada a distancias que oscilan entre 10 y 20 mts. Longitudinalmente los cables pueden colocarse en hileras en uno ó dos niveles, lo cual exige una ejecución lo suficientemente rígida de la losa de calzada.
Puente en arco. Una modalidad interesante la constituye el tipo de puente donde el arco está diseñado en forma superior sobre la calzada, y colgando del arco bajan tirantes que soportan la calzada. En esta solución estructural, la calzada puede servir de tirante horizontal entre los extremos del arco, anulando en esta forma los empujes y convirtiéndolo en una estructura simplemente apoyada.
El puente en arco por voladizos sucesivos constituye una variedad de arco solamente desde el punto de vista constructivo, al ser ejecutado en secciones cortas de 3 a 5 mts. mediante una cimbra en voladizo con encofrado. A continuación las secciones parciales van tensándose con la sección ya terminada. Se han logrado en esta forma luces de hasta 240 mts.
Los puentes colgantes existen en forma primitiva en América desde la época de los Incas. Modernamente este tipo de puentes está conformado por un tablero el cual cuelga de tirantes verticales, los cuales a su vez penden de los cables principales.
En arco de acero. El ingeniero estadounidense James Buchanan Eads construyó el primer puente de acero sobre el río Mississippi en St. Louis, Missouri, en el año 1874. El puente ferroviario Hell Gate, sobre el río East, en Nueva York, era el puente de arco de acero más largo del mundo cuando se inauguró en 1917, con un tramo principal de 298 m. El puente que atraviesa el río Niágara desde Queenston, Ontario, Canadá, a Lewiston, Nueva York, Estados Unidos, inaugurado en 1965, utiliza un arco de acero de 305 metros.
En arco de Concreto. Durante el comienzo del siglo XX, el desarrollo del concreto armado proporcionó grandes progresos a la construcción de puentes con arcos de concreto. El puente del Esla, sobre el río Esla, en España, con un tramo central de 197 m, se construyó en 1940. El puente de Gladesville (1964) en Sydney, Australia, se eleva 46 m sobre el río Parramatta con un arco de hormigón de 305 m. En Croacia se construyó un puente de arco de concreto de 390 m de longitud y 67 m de altura en 1979. La construcción de viaductos, se ha efectuado con puentes de arcos múltiples de hormigón. El viaducto ferroviario Tunkhannock, en Pennsylvania, Estados Unidos (1916), tiene 724 m de longitud y está formado por diez arcos de 55 m y dos de 30 m. El viaducto para automóviles Columbia, también en Pennsylvania, tiene una longitud de 2.090 m y está formado por 28 arcos de hormigón de 56 metros.
En arco de Mampostería. El desarrollo del tren provocó la reutilización de los arcos de medio punto en la construcción de puentes, realizados con piedra tallada en los lugares donde esto resultaba económico. El viaducto de piedra de Ballochmyle, que cruza el río Ayr cerca de Mauchline, en Escocia, tiene un tramo soportado por un arco de medio punto de 55 m. Un viaducto de 3.658 m compuesto por 222 arcos de piedra comunica la ciudad de Venecia con tierra firme. El tramo soportado por arco de piedra más grande, de 90 m, es el puente de Syra, en Plauen, Alemania; se terminó en 1903. No se han seguido construyendo más puentes con arcos de piedra por su alto coste.
Vigas trianguladas. La construcción de puentes con vigas de acero trianguladas o reticuladas se ha empleado mucho por su bajo costo. Desarrollos recientes han aumentado la longitud de los tramos, así como la utilización de estructuras reticuladas continuas. En los últimos años se ha desarrollado la llamada construcción ortotrópica, en la cual unas planchas de acero de refuerzo actúan al mismo tiempo como soporte de la calzada y como soporte de las vigas transversales y de las vigas maestras longitudinales. Inaugurado en 1967, el mayor puente de este tipo es el San Mateo-Hayward, en San Francisco, Estados Unidos.
Móviles. Además de las secciones de algunos puentes de pontones, los tramos móviles pueden ser basculantes (puentes levadizos), giratorios o de elevación vertical, según las necesidades locales. El primer tipo de puente basculante fue el ala abatible de madera que servía para cruzar el foso de los castillos y que se elevaba con cadenas desde el interior. Este tipo de puente, con uno o dos tramos de bisagra y contrapesados, es apropiado para vías navegables estrechas con mucho tráfico.
El Puente de la Torre (1894) sobre el río Támesis, en Londres, es el ejemplo más famoso de este tipo de construcción. Los puentes giratorios tienen un tramo móvil montado sobre un pivote o plataforma giratoria en su centro. El tramo más largo de este tipo de puente, con 166 m, es el de un puente para trenes y automóviles, terminado en 1927 que cruza el Mississippi en Fort Madison, Iowa, Estados Unidos. Los puentes de elevación vertical se utilizan para tramos largos donde es necesario despejar toda la anchura del canal y a una altura considerable. El tramo de elevación vertical más largo transporta una vía de tren sobre Arthur Kill, entre Staten Island y Elizabeth, Nueva Jersey, Estados Unidos; se construyó en 1959.
El tramo mide 170 m y tiene un margen de altura de 9,5 m cerrado y 41 m levantado.
Pontones. Son puentes flotantes permanentes, a diferencia de las estructuras temporales militares, que se instalan en lugares donde las condiciones locales lo hacen necesario. Un puente flotante de 466 m atraviesa el río Hooghly, en Calcuta, la India; soporta una carretera a 8,2 m sobre el agua con 14 pares de pontones de hierro, de 48 m de largo y 3,1 m de ancho. 14 pares de pontones de hierro, de 48 m de largo y 3,1 m de ancho.
Los puentes de vigas simplemente apoyadas pueden contener vigas de madera, acero, concreto armado ó concreto precomprimido. Las losas pueden ser de madera para vigas de madera, de concreto armado para vigas de concreto armado, precomprimido o acero; y de acero para vigas de acero.
Puentes de un solo tramo. Es el tipo de puente mas elemental y de construcción mas sencilla, Normalmente son ejecutados de concreto armado vaciado en sitio, de vigas pretensadas ó postergadas, de vigas de acero y de celosías de acero. Pueden construirse en luces que oscilan entre de 15 mts. y hasta de 300 mts. dependiendo del material utilizado y del sistema de construcción empleado.
Puentes de varios tramos simples. Son los obtenidos uniendo varios tramos de vigas en una sola luz sin continuidad y con apoyos intermedios. Tienen el inconveniente de tener muchas juntas de dilatación, pero son aptos para asentamientos diferenciales pequeños en terrenos de pobre calidad.
Puentes de vigas articuladas ó Gerber. Son aquellos puentes con vigas simples con volados, en cuyos extremos se articulan y apoyan tramos simples, resultando un sistema estáticamente determinado. Son muy aptos para terrenos de mala calidad, pero requieren mayor mantenimiento debido a las juntas de dilatación y las articulaciones indispensables.
Puentes con Pilas tipo cónsolas. Este diseño es particularmente apto para puentes isostáticos en curva, debido a que la consola puede tener un ancho radial, permitiendo construir puentes en curva con tramos rectos.
También es conveniente en puentes muy largos con elementos prefabricados, como es el caso del Puente sobre el Lago de Maracaibo con una luz total de 8.676 mts., en el cual las consolas con 189 mts. de luz tienen la variante de no estar en cantiliver sino atirantadas con cables a torres en forma de A de 92 mts de altura.
Puentes Hiperestáticos. Los puentes hiperestáticos comprenden una gran variedad de tipos de estructuras, por lo cual resulta difícil tratar de englobarlos en prototipos, ya que en muchos casos pueden resultar una mezcla de diferente alternativas y aún sus sistemas de construcción puede contener también simultáneamente alternativas distintas.
Son sin lugar a dudas, los más económicos y los que hacen mejor uso no solo de los materiales, sino del grado de hiperestaticidad de la estructura. En cuanto a su diseño, resultan considerablemente mas elaborados complejos, y requieren generalmente del aporte de computadoras y de programas especializados.
Tienen la desventaja de que pueden presentar problemas ante descensos diferenciales de los apoyos y deben también considerarse las dilataciones por temperatura que puedan ocurrir cuando los puentes son muy largos.
Puentes Continuos. Los puentes continuos son los que siempre tienen mas de dos tramos, apoyándose tanto en los apoyos extremos como en los apoyos intermedios en forma simple, sin que exista continuidad alguna con los soportes, y sin juntas de dilatación internas. Pueden tener cualquier tipo de sección transversal, a saber: losa maciza, viga T, viga cajón celular de concreto, viga palastro de acero, viga cajón de acero y aun en grandes cerchas de acero. Para luces hasta 35 mts. se diseñan normalmente de sección longitudinal recta.
Longitudinalmente cuando se trata de luces mayores de 35 mts. se usan de sección longitudinal variable con acartelamientos rectos ó parabólicos, dándole mayor altura en los apoyos y mas esbeltez en el CIL de los tramos, lo cual nos permite lograr luces mayores. En general desde el punto de vista económico, las luces internas deben ser de 1.3 a 1.4 mayores que las luces externas.
Puentes Apórticados Los puentes apórticado son aquellos en lQS cuales la superestructura y la infraestructura están unidas rígidamente en los nodos a los efectos de flexión. Los pórticos pueden ser ejecutados en concreto armado, en acero y en concreto postensado. Para luces medias ó grandes que sobrepasan los 30 mts. deben ser de sección variable y preferentemente postensados. Son especialmente aptos para pasos a dos niveles.
Pórtico Trilátero Biarticulado. El pórtico trilátero biarticulado constituye una estructura clásica de la época de posguerra cuando comenzaron a dotarse las carreteras y autopistas con distribuidores de tránsito y pasos a dos niveles. También se difundió ampliamente como paso a dos niveles para ferrocarriles.
Generalmente por economía son de sección variable y requieren casi siempre estar articulados en los extremos inferiores de los pies del pórtico, a fin de no transmitir a las fundaciones momentos flectores. Hoy en día su tecnología resulta costosa en comparación con otros tipos de puentes
Pórticos con soportes inclinados. Los pórticos con pies inclinados son una variedad de pórtico de tres luces, donde los soportes centrales son inclinados permitiendo mayor luz central, lo cual es muy conveniente cuando se trata de salvar grandes vanos. Deben estar fundados en sitios rocosos ó con muy buen sistema de fundación.
Puentes Pórtico con triángulos. En este tipo de pórtico también llamado Gable Bent, el soporte ó pié y el tramo lateral forman un triángulo de barras. El apoyo de los dos triángulos de barras puede ejecutarse de forma articulada, convirtiéndolo en una estructura prácticamente isostática desde el punto de vista fundaciones.
La construcción del arco tiene su origen en la bóveda. Dada la alta resistencia a compresión de los materiales de construcción tales como la piedra, el ladrillo y modernamente el concreto armado, la forma del arco impide que se produzcan esfuerzos a tracción por estar trabajando las secciones a compresión, trasmitiendo los empujes a los contrafuertes. Este tipo de puente debe estar ubicado en suelos rocosos y muy estables.
Puentes Movibles. Finalmente no podemos dejar de mencionar un tipo de puente utilizado en algunos países para salvar ríos y canales navegables, donde existe un denso tráfico de embarcaciones y donde no es económico diseñar un puente con altura ó gálibo suficiente para permitir el paso de embarcaciones. Este tipo de puente en general es una variante de los tipos anteriores pero con características especiales.
Hay tres tipos principales que podemos mencionar:
Giratorio: el cual consiste en general de un tablero que gira 900 sobre una pila central, teniendo la desventaja que solo es utilizable la mitad de su longitud. el mas largo existente sobre el río Misssissippi para ferrocarril tiene una luz de 158 mts, Basculante: consistente en dos voladizos con contrapesos, los cuales basculan sobre dos pivotes horizontales dejando una apertura central por la cual pasan las embarcaciones. El puente Sault Ste. Marie en Michigan tiene el récord en longitud con una luz de 100 mts, Levadizo: el cual usualmente consiste en una viga apoyada en los extremos desde sendas torres por cables verticales los cuales son accionados por un elevador. El más largo de este tipo tiene una luz de 167 mts. es para ferrocarril y se encuentra en Elizabeth, New Jersey.
o Índice de tipos de puentes
Puente en arco
Puente viga
Puente atirantado
Puente atirantado de pilón contrapeso
Puente levadizo
Puente de viga metálica
Puente suspendido
Puente de troncos
Puente en ménsula
o Índice de estructuras relacionadas con puentes
Puente Bailey
Pasarela de acceso a aeronaves
Puente acueducto
Viaducto
Pozo de cimentación
3. CRITERIOS PARA EL DISEÑO DE PROYECTOS EN EL ÁREA DE PUENTES
3.1 Introducción
Los puentes deberán ser diseñados teniendo en cuenta los estados limite que se especificaran, para cumplir con los objetivos de constructibilidad, seguridad y servicialidad, así como la debida consideración en lo que se refiere a Inspección, Economía y Estética.
Se realizará una revisión a las sobrecargas de diseño que han venido utilizándose en nuestro medio para diseño de puentes, así como la nueva sobrecarga considerada en el Manual de Diseño de Puentes y dos camiones Diseño de Puentes y dos camiones representativos del Reglamento Nacional representativos del Reglamento Nacional de Vehículos.
3.2 Criterios de Diseño
SOBRECARGAS VEHICULARES
· ESPECIFICACIONES AASHTO ESTÁNDAR
o H15– S16 o HS15 (24 t)
o H20 – S16 o HS20 (32 t)
o HS20 + 25% o HS25 (41 t)
· ESPECIFICACIONES AASHTO LRFD
o AASHTO HL93
· REGLAMENTO FRANCÉS REGLAMENTO FRANCÉS
4. REGLAMENTACIÓN Y NORMATIVIDAD APLICABLE
4.1 Normatividad en el Perú
4.1.1 Manual de Puentes
En este manual del MTC, se brinda las pautas necesarias para el planeamiento, el análisis y el diseño de puentes carreteros y puentes peatonales. El manual abarca desde la ingeniería básica que incluye los estudios topográficos, hidrológicos e hidráulicos geológicos geotécnicos, de riesgo sísmico, impacto ambiental, trafico, alternativas de diseño vial, alternativas de anteproyecto y factibilidad. El manual en la mayor parte es una adaptación de las Especificaciones de la American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO) que han sido tradicionalmente las más utilizadas en el Perú. La sobrecarga especificada en este manual es la AASHTO HL-93.
El formato adoptado para este manual es el de “Cargas y Resistencias Factoradas” (LRFD), lo que permite la consideración adecuada de la variabilidad tanto en las cargas como en las propiedades de los elementos resistentes. Los puentes son diseñados para satisfacer una serie de condiciones límite de seguridad y de servicio, teniendo en cuenta los aspectos constructivos, la posibilidad de inspección, de estética y de economía. El formato LRFD es más racional que el tradicional diseño en condiciones de servicio lo que explica la tendencia mundial hacia la adopción de códigos en ese formato.
SOLICITACIONES GEOMÉTRICAS.
ESPACIAMIENTO ENTRE PILAS, ORIENTACIÓN Y TIPO.
Las pilas de un puente deben ubicarse de acuerdo con los requerimientos de la navegación y de manera que produzcan la mínima obstrucción a la corriente. En general, deben colocarse paralelamente a la dirección de la misma en épocas de avenidas. Asimismo, para dar paso a los materiales de arrastre y a los hielos, los claros del puente y el espacio libre vertical deberán tener la amplitud adecuada, de acuerdo con el tipo de pila y, en caso necesario emplear desviadores de materiales de arrastre.
ANCHO DE CALZADAS Y BANQUETAS.
El ancho de la calzada será el ancho libre entre las partes inferiores de las guarniciones medido normalmente al eje longitudinal del puente; Si las guarniciones no existen el ancho libre será la distancia mínima entre las cara interiores del parapeto del puente.
El ancho de la banqueta será el ancho libre entre la cara interior del parapeto y la parte extrema de la guarnición o guardarueda exterior medido normalmente al eje longitudinal del puente, salvo que exista una armadura, trabe o parapeto adyacente a la guarnición, en cuyo caso, el ancho se medirá hasta la orilla exterior de la banqueta.
La cara de la guarnición se define como el parámetro interior, vertical o inclinado de la propia guarnición. Las dimensiones horizontales del ancho de la calzada y de la guarnición se toman desde la base, o desde la base del paño inferior, si se trata de guarniciones escalonadas. El ancho máximo de las guarniciones redondeadas será de 0.23 m.
En los tramos de acceso con guarnición y cuneta, ya sea en uno o en ambos extremos del puente, la altura de la guarnición del puente debe coincidir con la de acceso, o ser, preferentemente, mayor. Cuando no se asignen guarniciones en el acceso, la altura de la guarnición en el puente no será menor de 0.20 m y de preferencia no mayor de 0.25 m.
Cuando se requieran banquetas para el transito de peatones en las vías rápidas urbanas, deberán aislarse de la calzada del puente por medio de parapetos.
GÁLIBOS.
A) De Navegación.- La autorización para la construcción de un paso sobre una vía navegable, exceptuando aquellas que por su categoría se hallen previamente autorizadas por la Comandancia de la Guardia Costera, deban obtenerse de esta propia comandancia y de las demás autoridades competentes.
B) Vehicular.- Para la circulación de vehículos, el gálibo horizontal será el ancho libre, en tanto que el gálibo vertical será la altura libre, tal como se muestra en la figura siguiente:
PARAPETOS.
Deberán instalarse parapetos a ambos lados de la estructura del puente para protección tanto del transito como de los peatones, cuando existan banquetas.
En los puentes que no pertenezcan a vías rápidas urbanas y que dispongan de banquetas adyacentes a las calzadas, deberá instalarse entre estas dos el parapeto o barrera para calzada, además de un parapeto para banqueta en el lado exterior.
A) Parapetos para calzada.- Aunque el propósito principal de los parapetos para calzada es controlar el transito que circula por la estructura, deben tomarse en cuenta otros factores, como son la protección de los ocupantes del vehículo en caso de colisión, y a los peatones que circulan en el puente, además de la buena apariencia y la suficiente visibilidad para los vehículos que lo transiten.
Los materiales empleados en los parapetos para calzada serán: concreto, acero o una combinación de ellos. La altura del parapeto para calzada no será menor de 0.69 m, medida desde la corona de la calzada o guarnición al remate superior del parapeto.
B) Parapetos para banquetas.- Los elementos de estos parapetos se calcularán de acuerdo con el tipo y volumen del transito de peatones calculado en el proyecto, tomando en cuenta la buena apariencia, la seguridad y la suficiente visibilidad por parte de los conductores.
Los materiales empleados en estos parapetos serán: concreto, acero o una combinación de estos materiales. La altura mínima será de 0.91 m (preferentemente 1.07 m.), medida desde la superficie de la banqueta hasta el remate del barrote superior del parapeto.
DRENAJE DE LA CALZADA.
El drenaje transversal se efectuara por medio del bombeo que se da a la carpeta, y el drenaje longitudinal, por medio de la contraflecha del claro, o bien por la pendiente de la rasante. El agua que se drene por las cunetas del camino debe desviarse, no permitiendo, de ninguna manera, que fluya sobre el puente. Los puentes cortos, de un solo claro, particularmente pasos superiores, pueden construirse sin drenes, efectuándose el drenaje de la calzada del puente mediante conductos abiertos o cerrados colocados en los extremos de la estructura. El drenaje longitudinal de los puentes largos se realiza por medio de drenes o coladeras de dimensiones y en numero suficiente para desalojar debidamente la cuneta. La disposición de los drenes del puente se hará en forma tal que el agua no descargue sobre ningún elemento de la estructura, para evitar su erosión en dicho sitio. Cuando se requieran bajadas, serán rígidas y de material resistente a la corrosión. SOBREELEVACIÓN.
En las curvas horizontales de un puente la sobreelevación se hará de acuerdo con las especificaciones establecidas para la construcción del camino, pero en ningún caso excederá del 10% del ancho de la calzada.
REVESTIMIENTO DEL PISO DE PUENTES.
El revestimiento del piso de los puentes deberá ser de un material antiderrapante.
INSTALACIONES DESTINADAS A SERVICIOS PÚBLICOS.
Cuando así se requiera, se tomaran las precauciones necesarias para alojar a las bases y los postes para los cables de los troles o del alumbrado, así como los ductos para el agua, cables de electricidad, teléfono, gas o drenaje.
5.MÉTODOS DE ANÁLISIS Y DISEÑO
falta
6 MANTENIMIENTO E INSTRUMENTACIÓN
6.1 Introducción:
El mantenimiento de puentes es una de las actividades más importantes entre las que hay que realizar para llevar a cabo la conservación de una red de carreteras. Su objetivo final, como la de toda labor de conservación, es la del mantenimiento de todas las condiciones de servicio de la carretera en el mejor nivel posible.
La falta de mantenimiento adecuado en los puentes da lugar a problemas de funcionalidad y seguridad que pueden ser graves: limitación de cargas, restricciones de paso, riesgo de accidentes, riesgo de interrupciones de la red..., y a un importante problema económico por el acortamiento de la vida útil de las obras.
Las causas y razones más comunes por las que es necesario el mantenimiento de un puente son:
1) Errores en el proyecto, errores durante la construcción, vigilancia, mantenimiento o reparaciones inexistentes o inadecuadas.
2) Materiales inadecuados o deterioro y degradación de los mismos.
3) Variación con el tiempo de las condiciones de trafico (cargas y velocidades).
4) Acciones naturales de tipo físico, mecánico o químico (intemperismo).
5) Acciones accidentales, terremotos, avalanchas, inundaciones, explosiones, impacto de vehículos con elementos estructurales del puente.
6.2 Mantenimiento de Puentes
Según la importancia del deterioro observado, las acciones para el mantenimiento un puente se clasifica en tres grupos:
· Mantenimiento rutinario.
· Reparaciones.
· Reforzamientos.
Como ya se ha señalado mas del 50% de los puentes teóricamente son considerados fuera de vida útil, sin embargo, resulta complicado pensar en la sustitución y en la inversión que para ello se requiere, por lo que parece más sencillo y practico continuar con un programa permanente de mantenimiento, reparación y refuerzo de puentes.
El mantenimiento rutinario es una labor substantiva que debe ampliarse para evitar que crezca el número de puentes con daños. Con los trabajos de reparación y reforzamiento, se pretende que los puentes recuperen un nivel de servicio similar al de su condición original. Sin embargo, por la evolución del transito, a veces no es posible obtener este resultado y se requieren trabajos de refuerzos y ampliaciones.
Problemas Que Se Presentan En Los Puentes y Sus Posibles Causas
Son muchos los problemas que se presentan durante la vida útil de un puente, a continuación trataremos de sintetizar esos problemas y las soluciones que se presentan con más frecuencia.
La presencia de agua por una inadecuada evacuación de la misma da lugar a problemas muy diversos que pueden afectar tanto a los estribos como a las pilas, cabezales, arcos, bóvedas, tableros, vigas, apoyos, terraplenes de acceso, etc. Ya sea por la propia acción directa del agua: erosiones, socavaciones, humedad. Por su acción como vehículo de otros agentes agresivos: corrosión por sales, ataque por sulfatos, disolución de ligantes en mortero, ó por jugar un papel predominante en otros fenómenos: reacción árido-álcali.
En las estructuras metálicas resulta evidente la importancia de evitar la presencia permanente en determinadas zonas de humedad, que acabaran siendo origen de fuertes problemas de corrosión.
Los desperfectos originados en las zonas de apoyo y juntas por las humedad que permanentemente se presentan en tales zonas. El mantenimiento de los desagües del tablero es importante.
Las fisuras de flexión son las que se sitúan mas generalmente en la zona central del claro, incluyendo las zonas llamadas de "momentos nulos". Nacen en la fibra inferior, cortan el cordón inferior de la viga, suben por el alma, al principio verticalmente, y luego se inclinan bajo la influencia del esfuerzo cortante cuando se aproximan a los apoyos.
Solo pueden existir fisuras inclinadas en el alma, en la cercanía de los apoyos, son fisuras producidas por el esfuerzo cortante.
Estas fisuras son activas, es decir, su abertura varia bajo el efecto diario del gradiente térmico (insolación del tablero) y bajo el de la circulación (vehículos pesados).
La razón esencial de esta fisuración es un pretensado insuficiente ante las solicitaciones de flexión de la estructura.
Se logra el objetivo de la reparación poniendo en una obra un pretensado adicional después de haber inyectado las fisuras que estén suficientemente abiertas; el umbral de una inyección es del orden de 0.2 a 0.3 mm.
Por su proximidad al mar, las altas temperaturas del verano y los vientos dominantes, el puente esta sometido a un ambiente altamente agresivo, lo que unido a la deficiente calidad de los materiales y la alta porosidad del concreto puede producir la alta carbonatación del mismo, acelerando la oxidación de las armaduras y el arrancamiento del concreto en muchas zonas.
La oxidación en mayor o menor grado de la armadura activa puede ser extremadamente grave, pues es sabido que la corrosión bajo tensión es un fenómeno que produce su rotura sin previo aviso, poniendo en peligro la estabilidad del puente. Esta corrosión por lo general puede ser debida a dos causas: recubrimientos defectuosos o insuficientes o fallos en la inyección de las vainas.
Perdidas de recubrimiento, oxidación de armaduras, grietas y fisuras generalizadas en todos los elementos del puente, mas a menudo en el tablero y las zonas próximas a las juntas y los drenes.
Despegue del concreto de las péndolas en el tablero y arcos, oxidación de las rotulas metálicas, mal funcionamiento de los drenes del tablero, juntas no estancas y muy deterioradas, muchas veces inexistentes.
A causa de los materiales: concreto fabricado con áridos con elevado contenido del feldespatos (granitos, esquistos, pizarras, etc.), si después tiene un aporte considerable de agua, en este caso este tipo de áridos puede reaccionar con el hidróxido cálcico de la pasta de cemento, produciendo unos nuevos compuestos químicos: ceolitas, productos que son expansivos y que en un plazo más o menos largo producen la destrucción del concreto.
Los procedimientos más usuales para solucionar los problemas más comunes
en cada una de las etapas y para los elementos más comunes en los puentes, se sintetizan a continuación:
1.- Cauces y cimentaciones.
a) Limpiar, reponer y estabilizar la alineación y la sección transversal del cauce.
b) Para evitar erosiones y socavaciones: utilizar gaviones o muros de mampostería o de concreto ciclópeo.
c) Reconstruir los conos de derrame y delantales frente a los apoyos extremos.
d) Hacer zampeados de mampostería de piedra con dentellones en el fondo del cauce.
e) Proteger los caballetes con pedraplenes o escolleras instaladas al frente y alrededor.
SUBESTRUCTURAS
A) Recimentación de pilas y estribos:
- Utilizando concreto ciclópeo colado bajo el agua.
- Construcción de una pantalla perimetral de micropilotes.
B) Reparación y refuerzo de pilas y estribos fracturados por socavación, hundimientos e inclinación por cargas.
- Utilizando encamisados de concreto.
- Con el adosamiento de estructuras metálicas.
C) Reparación de pilotes que presentan fractura y exposición del acero de refuerzo.
D) Reforzamiento de corona y cabezales.
E) Inyección de grietas y reposición de concreto degradado.
F) Reconstrucción de coronas y bancos de apoyo.
SUPERESTRUCTURAS
1.- De concreto:
A) Reparación de grietas en trabes, diafragmas y losas.
- Inyección de resinas epoxicas.
B) Para reforzar los elementos de la superestructura:
- Adosar solerás metálicas con resinas epoxicas.
- Incremento del numero de trabes.
- Construir sobrelosas.
- Colocar preesfuerzo longitudinal, transversal y vertical.
C) Alineamiento de superestructuras desplazadas transversalmente por asentamiento de los apoyos o por efectos dinámicos, sismos e impactos de vehículos.
2.- metálicas:
A) Reparaciones por oxidación y corrosión:
- Sustitución de elementos que han tenido perdidas del área de su sección transversal.
- Reemplazo de remaches y pernos.
B) Para reforzar los miembros de la superestructura:
- Con cubreplacas.
- Con perfiles laminados.
- Incremento del numero de trabes.
C) Sustitución de sistemas de piso.
D) Ampliaciones y refuerzo.
3.- Arcos de mampostería y arcos de concreto:
Mampostería: Ha requerido reforzamientos con arco de concreto o trabes pretensadas, afianzamiento de dovelas y, para su ampliación, se han construido sobrelosas voladas de concreto armado.
Los puentes de arcos de concreto, en general, han presentado la misma problemática que las estructuraciones de concreto reforzado.
DISPOSITIVOS DE APOYO
Requieren de un programa de limpieza a intervalos regulares y protegerlos con pintura o material galvanizado.
En caso de corrosión severa que impidan su funcionamiento, deben reemplazarse.
Otros casos típicos de sustitución se presentan con mecedoras de concreto armado que se fisuran ó los apoyos que se deforman.
6.2.1 Mantenimiento Rutinario
Las tareas de conservación se pueden clasificar en: ordinarias y extraordinarias, en función de que sean labores que se deban llevar a cabo con una periodicidad fija o de que haya que efectuarlas sólo cuando la evolución del estado del elemento a conservar lo demande.
Del primer grupo (ordinarias), se refieren básicamente a la de inspección, limpieza y pintura; mientras que las del segundo (extraordinarias) abarcan un amplio campo que va desde la rehabilitación del concreto degradado hasta la renovación de elementos de equipamiento como juntas, impermeabilización, etc.
· DEFINICIÓN
El mantenimiento rutinario lo comprenden aquellas actividades de mantenimiento en los puentes que pueden ser realizadas por el personal de las residencias de conservación. Dichas actividades son:
- Señalización, pintura, alumbrado, etc.
- Limpieza de acotamientos, drenes, lavaderos y coronas de pilas, estribos, caballetes, etc.
- Limpieza y rehabilitación de conos de derrame incluida su protección, enrrocamiento o zampeado.
- Limpieza y rehabilitación del cauce.
- Recarpeteo de los accesos del puente.
- Protección contra la socavación.
- Reacondicionamiento de parapetos dañados.
- Limpieza o rehabilitación de las juntas de dilatación.
- Limpieza o protección de apoyos.
· ACCIONES MÁS COMUNES
Las acciones del mantenimiento rutinario más comunes son las siguientes:
Limpieza de drenes, limpieza de juntas, pequeños rellenos en zonas erosionadas en los terraplenes de acceso, limpieza en zona de apoyos, pintura de barandillas, señalamientos, etc. Todas estas operaciones se llevan a cabo por los equipos encargados del mantenimiento ordinario de la carretera.
Barreras de seguridad y barandillas. El mantenimiento y renovación de las barreras de seguridad doble-onda en las estructuras está sujeto a los mismos condicionantes que en el resto de la carretera. Únicamente se da el problema diferencial de la oxidación.
Aceras y canalizaciones. La corrosión de los anclajes que unen las piezas a la estructura, los movimientos diferenciales, los usos de explotación diferentes a los previstos inicialmente, etc. , unidos a los defectos de la colocación inicial, dan lugar a bastantes reparaciones algunas muy costosas y complejas. Además, en ocasiones, el concreto con el que se construyeron estos elementos es de menor calidad que el empleado en la estructura por lo que en aceras e impostas se dan comparativamente bastantes problemas de deterioro.
El pavimento. Normalmente la vida de las mezclas asfálticas sobre tableros es mucho más dilatada que en pavimentos normales produciéndose la rotura al cabo de los años por cuarteos debidos al propio envejecimiento de la mezcla y el despegue propiciado por el agua que escurre entre el pavimento y la losa.
Por otra parte es obvia la conveniencia de no reparar el pavimento añadiendo una capa sobre la existente por lo que supone de sobrecarga y en muchos casos la anulación de bordillos, drenes y juntas de dilatación.
Por consiguiente las acciones de conservación que se llevan acabo sobre el pavimento de los puentes consisten en el sellado de grietas o el extendido de capas finas a base de lechadas asfálticas que regeneran las características superficiales y a la vez que mejoran la impermeabilidad de las losas.
En otros casos es necesario eliminar el pavimento existente mediante fresado o demolición, y extender una nueva capa de mezcla asfáltica previa renovación o implantación de la correspondiente capa de impermeabilización.
6.2.2 Reparaciones
A. DEFINICIÓN
Reparaciones dentro del mantenimiento se consideran las siguientes acciones:
Sellado de fisuras, inyección de fisuras, saneo de concreto degradado, reposición de concreto, limpieza de armaduras, impermeabilización del tablero, pintura perimetral, recolocación o recalce de apoyos, reparación o reposición de barreras o parapetos, reparación de aceras y canalizaciones de servicios, actuaciones sobre el pavimento y otras actuaciones singulares como, por ejemplo, arreglo de socavaciones en la cimentación, etc. Estas acciones se llevan a cabo por equipos específicos una vez que se ha decidido su realización.
La reparación de los puentes enmarca las siguientes actividades en los puentes que son realizadas por personal técnico especializado (Empresas Contratistas):
o Alineamiento vertical y horizontal de tableros de la superestructura.
o Cambio de apoyos.
o Cambio de juntas de dilatación.
o Rehabilitación del concreto degradado.
o Tratamiento de armados expuestos.
o Inyección de grietas en subestructura y superestructura.
o Protección de aceros expuestos en subestructura y superestructura utilizando Sand-Blasting, picado o pegacreto para colocar concreto lanzado.
Otro tipo de acciones es la reparación de daños producidos por golpes. Con cierta frecuencia se producen colisiones del tráfico con las obras, especialmente de vehículos que circulan con altura excesiva de carga por pasos inferiores, aunque también dentro de la propia autopista por colisionar contra pilas, etc. Estos daños cuando se producen son reparados aunque no constituyan un peligro inmediato para el buen funcionamiento de la estructura. La reparación consiste normalmente en la eliminación del concreto roto y su sustitución por un mortero de reparación.
A. ACCIONES Y PROCEDIMIENTOS MÁS COMUNES
Cuando el deterioro del concreto de la estructura del puente aparece en estado avanzado, con desprendimientos en algunas zonas, armaduras pasivas al descubierto con oxidación evidente, y a veces, desaparición de la misma, armaduras activas con inicios de oxidación y sus conductos con zonas sin inyectar, falta de recubrimiento, o síntomas de fallas en los anclajes; la reparación del puente se efectuara atendiendo a los principios siguientes:
Las acciones que se llevan a cabo mas frecuentemente son:
- Impermeabilización y regeneración del concreto de losas, pilas y estribos, consistente en:
Descubrir la cara superior del tablero y proceder a su inspección y auscultación para descubrir fisuras, zonas huecas, degradación, etc. En pilas y estribos se inspeccionan las partes visibles.
Inyectar las fisuras cuya abertura y profundidad suponga un peligro grave para la durabilidad tanto en la cara superior como inferior, y sellar el resto.
Eliminar, en el caso que existe, el concreto cuarteado, desagregado, o separado en láminas y sustituirlo por un mortero de reparación.
Limpiar el oxido de las armaduras descubiertas y sustituirlas en el caso de que tuvieran una corrosión importante.
Mejorar en sistema de drenaje en los casos en que convenga.
Extender una capa de impermeabilización competente en la cara superior del tablero, regularizando la superficie previamente si es necesario.
Recubrir el concreto visto, cara inferior de las losas, pilas, estribos, alzados, etc. con una pintura antihumedad y anticarbonatación transparente o de color, previo chorreado con arena.
Reparación o sustitución de elementos del equipamiento. Componen el equipamiento de un puente: los apoyos, las juntas de dilatación, los sistemas de impermeabilización y drenaje, el pavimento, las barreras de seguridad, las barandillas, las aceras, las eventuales canalizaciones para servicios, etc.
En la mayoría de los casos, además, del deterioro de estos elementos es mucho más rápido que el de la estructura por lo que normalmente una buena parte de acciones va dirigida a la reparación o renovación de los mismos.
Las acciones que se llevan a cabo son las siguientes:
B.1 Cambio de apoyos elastomericos.
Aunque presumiblemente en un futuro sea necesaria la renovación de apoyos, hasta el momento no se han observado roturas ni envejecimiento que hagan aconsejable su sustitución salvo en algún caso aislado. Sin embargo si ha sido necesario recolocar algunas pastillas de neopreno que se habían desplazado de su posición original como consecuencia normalmente de una mala colocación inicial y de un deficiente apoyo de la estructura.
También ha sido necesario corregir el descenso de algunas líneas de apoyos sobre estribos cimentados en terraplenes o macizos que han sufrido asentamientos. Estos descensos producen un quiebro brusco en el perfil longitudinal que es preciso corregir para mantener la regularidad de la rasante.
La elevación de apoyos es una de las acciones de conservación más complejas y costosas ya que exige el levantamiento del tablero mediante gatos, el desvío del tráfico y la demolición parcial y posterior recrecido de los muretes de contención del firme.
A continuación el procedimiento constructivo del cambio de apoyos:
B.2 Inyección de grietas.
Pasos a seguir para la inyección de grietas:
1.- Preparación de la superficie. Limpiar con un cepillo de alambre el área de la grieta removiendo el concreto deteriorado, quedando una superficie libre de grasas y polvo. Cuando exista humedad en la fisura es preciso retirarla a base de aire comprimido de tal manera que la fisura quede totalmente seca.
2.- Colocación de la pasta. Colocación de la pasta de poliester (sellador) con una espátula sobre el inyector, esta pasta deberá ser capaz de soportar la presión de inyección sin que se bote.
3.- Colocación de inyectores. Colocar los inyectores a lo largo de la fisura sujetándolos por medio de un clavo. Colocar pasta sellador a lo largo de toda la fisura de tal manera que no pueda fugarse la resina durante la inyección. Cuando las fisuras atraviesen todo el elemento se deberán colocar inyectores en ambos lados.
4.- Prueba de sello. Una vez endurecido el sello, se conectaran las mangueras a los inyectores y mediante aire a baja presión se comprobara la comunicación de todos los puntos de salida y la estanqueidad del sello.
5.- Inyección. Una vez comprobada la continuidad de los puntos se deberá realizar lo siguiente:
a) Preparar la resina.
b) Iniciar la inyección por el punto extremo inferior de la fisura hasta que la resina salga por el siguiente punto.
c) Cortar la manguera y pizcarla con hilo de alambre de tal manera que este totalmente cerrada.
d) Seguir inyectando hasta que la resina salga por el inyector superior, cerrarlo y mantener la presión durante algunos minutos para asegurar el llenado completo de la fisura.
e) Dejar un testigo de resina para que después se pueda verificar su endurecimiento.
f) Para realizar la inyección se utilizara un recipiente provisto de un manómetro de manera que se pueda controlar la presión de inyección (no mayor a 5 Kg/cm2 y no menor a 1.5 Kg/cm2.
6.- Limpieza. Se debera secar la resina por lo menos 24 horas y se verifica que haya endurecido. Una vez endurecida la resina, retirar la pasta sellador e inyectores, y limpiar y pulir la superficie.
B.2.1 Cambio de juntas de dilatación.
Las juntas son seguramente el elemento más delicado del equipamiento. Estas juntas, por definición, tienen la tarea de unir los espacios libres, requeridos por razones del comportamiento estructural entre dos elementos de un puente.
Una junta eficiente tiene que cumplir característicamente con los siguientes requisitos:
Transmisión de cargas y libertad de movimiento.
Durabilidad de todos los elementos de la junta.
Emisión baja de ruidos durante el paso de vehículos.
Autolimpiables.
Las acciones del trafico inciden directamente sobre ellas mediante solicitaciones de impacto repetitivas, lo que produce el agotamiento por fatiga o el desgaste de sus componentes, a los que hay que añadir la corrosión de los elementos metálicos y el envejecimiento de perfiles de goma, morteros, etc. Las acciones que se llevan a cabo son de dos tipos:
Reparación de juntas: sustitución de módulos retos, apretado de tuercas, y tornillos, reparación del mortero lateral roto o cuarteado, sustitución de perfiles de goma envejecidos o despegados.
Renovación de juntas: cambio de la junta por una nueva. En este caso es posible en bastantes ocasiones colocar una nueva junta más sencilla que la original debido a que los movimientos iniciales de la estructura (fluencia, retracción, etc.) no han de tenerse en cuenta.
Procedimiento constructivo de modernización de junta de calzada:
1.- Cortar y retirar la carpeta asfáltica en un ancho de 20 cms. En ambos lados de la junta de dilatación.
2.- Realizar la demolición de la losa y hasta 15 cms. dentro de la banqueta para
fijar el remate de la junta de dilatación.
3.- Retirar ángulos y placa de acero de junta existente.
4.- Colocar y habilitar perfil en la calzada en ambos lados de la junta.
5.- Checar nivelación de la junta.
6.- Colar y vibrar perfectamente zona de juntas.
7.- una vez fraguado el concreto se colocara el perfil de neopreno.
5.5.2.4.- Tratamiento de armados expuestos.
El procedimiento más común para el tratamiento de las armadura oxidadas:
Se descubrirán picando todo el concreto que las cubre.
Se eliminara el oxido no adherido (cepillo de alambre o chorro de arena), después se les aplicara una pintura anticorrosiva.
Si la armadura presenta una perdida de sección notable se suplantará, si es posible, con una nueva soldada a la antigua.
5.5.2.5.- Rehabilitación del concreto degradado.
Su necesidad surge por varios motivos. El proceso normal de degradación de las estructuras de concreto armado al estar sometido a las acciones ambientales da lugar a que se presente algunas degradaciones que es necesario reparar para evitar daños mayores.
Por una parte la inevitable carbonatación del concreto va penetrando progresivamente hasta alcanzar las armaduras, que pierden así la protección que les proporcionaba la elevada basicidad inicial. Este efecto, unido al ingreso de cloruros procedente fundamentalmente de las sales de deshielo, facilita la corrosión de las armaduras con los efectos negativos sobre el concreto, que conlleva a : fisuración, delaminación y desintegración mas o menos localizadas.
Por otra parte, los fenómenos químicos del tipo reacción árido-álcali y similares, que cuando se producen, dan origen a hinchamientos que se traducen normalmente en fisuración. Esta fisuración es debida en muchos casos a la superación de la resistencia a la tracción.
Estos procesos de degradación están ligados principalmente a dos factores: la mayor o menor permeabilidad del concreto y la existencia de agua que pueda acceder a la masa del concreto.
Esta serie de causas da lugar a un conjunto de acciones destinadas a rehabilitar el concreto y las armaduras deterioradas y a mejorar el sistema de impermeabilización y evacuación del agua, enemigo numero uno de las obras.
El procedimiento para la rehabilitación del concreto degradado se expone a continuación:
El concreto alterado se saneara incluyendo las zonas fisuradas demoliendo, la superficie así obtenida se limpiara cuidadosamente (cepillo metálico o chorro de arena) antes de colocar el concreto o el mortero que sustituirá la zona desaparecida. Este nuevo mortero o concreto deberá cumplir las siguientes condiciones:
- Tener una adherencia perfecta con el concreto viejo. Es normal para garantizarlo dar una impregnación de resina epoxica a la superficie de contacto.
- Resistencia mecánica mayor o igual a la del soporte.
- Baja o nula retracción.
- Modulo de deformación ligeramente al concreto de la pieza de soporte.
- Coeficiente de dilatación térmica próxima a la del soporte.
Estas condiciones suelen cumplirlas básicamente bien los morteros de cemento con los aditivos correctos.
6.2.3 Reforzamientos
A. DEFINICIÓN
Desde el punto de vista estructural se puede considerar que el refuerzo de un puente es debido, en general, a una de las tres razones siguientes:
a) Necesidad funcional de aumentar la capacidad resistente de un puente. b) Corregir fallos detectados que hacen suponer que ha disminuido la capacidad de carga prevista inicialmente.
c) Saneamiento, reparación y refuerzo de puentes sometidos al deterioro natural del tiempo.
B. ACCIONES Y PROCEDIMIENTOS MÁS COMUNES
Entre las acciones más comunes dentro del reforzamiento de un puente, están:
o Elevación de rasantes.
o Ampliación de áreas hidráulicas.
o Reforzamiento pasivo ( Inyección de grietas con resinas epoxicas y colocación de placas mecánicas adheridas ).
o Reforzamiento activo: (Inyección de grietas con resinas epoxicas).
o Reforzamiento externo: longitudinal, transversal y vertical.
Es muy frecuente clasificar los procedimientos utilizados en el refuerzo de estructuras en:
- Procedimientos pasivos. - Procedimientos activos.
Estos últimos, los activos, como sabemos, son aquellos basados en la introducción en la estructura de acciones o deformaciones que modifican su estado tensional favoreciendo su comportamiento resistente.
Entre los procedimientos pasivos más utilizados se pueden citar los siguientes:
o Refuerzo con concreto armado.
o Refuerzo con concreto proyectado.
o Refuerzo con adición de PLACAS y perfiles metálicos.
Entre las aplicaciones del refuerzo con concreto armado se pueden citar:
a) Refuerzo de pilares mediante recrecido de los mismos.
b) Refuerzo de tableros mediante recrecido de sus vigas o losa para aumentar su resistencia a la flexión y/o al cortante.
En todos los casos se ha de garantizar el trabajo conjunto del concreto existente y del refuerzo, la limpieza de la superficie de unión, utilización de conectores y la aplicación de una resina especial.
Los refuerzos con concreto proyectado (gunita) se adaptan bien cuando hay que recubrir grandes superficies con un pequeño espesor, tanto como para reponer recubrimientos alterados como para el refuerzo con adición de armaduras pasivas. Se necesita una buena preparación de la superficie a tratar y se recomienda el tratamiento con chorro de arena o agua a alta presión. Prácticamente solo se recomienda el sistema por vía seca, ya que la vía húmeda proporciona un concreto de peor calidad (menor resistencia, menor adherencia, mayor retracción y menor compacidad). El personal debe ser altamente especializado.
B.1 ENCAMISADO DE PILAS
Es necesario cuando la capacidad de carga de un puente esta en duda, cuando se presentan problemas de socavación o simplemente cuando se quiere proteger a las pilas contra posibles impactos con basura que arrastra la corriente.
Este procedimiento se utiliza en la mayoría de las ocasiones para protección de la mampostería contra impactos, socavación o reforzamiento de las pilas, por lo regular se realiza de la siguiente manera:
Etapa 1.- Si existe escurrimiento se deberá desviar por medio de costaleras, y excavar hasta el nivel de desplante de la cimentación dejando un espacio suficiente para efectuar los trabajos. Etapa 2.- Resanar con Grout los huecos existentes en la mampostería.
Etapa 3.- Colocar elementos de anclaje con una separación aproximada de 100 cms. En ambos sentidos para fijar la malla de refuerzo.
Etapa 4.- Colocar y fijar la malla a los elementos de anclaje dejando una separación mínima de 7.5 cms entre la malla y la mampostería.
Etapa 5.- Colar concreto de 15 cms de espesor. (Nota: En algunas ocasiones en la etapa 5 se puede utilizar el concreto lanzado.)
B.2 REFUERZO CON PLACAS Y PERFILES METÁLICOS
En cuanto al refuerzo con PLACAS y perfiles metálicos los más frecuentes son los siguientes:
a) Refuerzo con perfiles metálicos superpuestos.
b) Refuerzo con placas metálicas ancladas. Se caracteriza por la colocación de placas metálicas ancladas al elemento que se va a reforzar a través de conectores, consiguiendo así una unión casi continua a nivel de sección.
c) El refuerzo con placas metálicas encoladas es posible gracias al desarrollo de las formulaciones de las resinas epoxicas que han resuelto el problema de unir piezas de acero al concreto sin necesidad de anclajes.
La preparación y limpieza de la superficie del concreto es fundamental. La resina utilizada deberá tener una excelente adherencia al concreto y al acero, y además baja retracción y fluencia, modulo de elasticidad adecuado, y estabilidad a lo largo del tiempo.
Las placas de acero serán de calidad igual o superior del A-37, y espesor en general menor de 3 mm, se prepararán en taller y serán protegidas para evitar toda oxidación y deterioro en el transporte y hasta la puesta en obra.
Los procedimientos activos de refuerzos pueden ser realizados mediante el empleo del pretensado, gatos planos, predeformaciones de placas, etc. De todos ellos el empleo de las técnicas y elementos de pretensado es el más versátil y utilizado.
En cimentaciones tiene mucha aplicación en los casos de:
- Refuerzos de zapatas con armaduras y dimensiones insuficientes.
- Transmisión de cargas de unos elementos defectuosos o insuficientes, por ejemplo, pilotes, a otros nuevos.
- Y en cimentaciones ya realizadas cuando el suelo es excesivamente deformable para transferir la carga del terreno a otros elementos de cimentación profunda.
En elementos de contención, el caso más frecuente es el refuerzo de muros en el que es técnica normal el anclaje del terreno mediante pretensado.
En el caso de refuerzo de tableros de puentes y, en general de la superestructura, en algunos casos, ha sido posible incluso cambiar el tipo estructural, por ejemplo, pasar de un puente vigas a un puente de losa mediante un pretensado transversal.
B.3 USO DEL PRESFUERZO
Si se revisa la capacidad de carga de un puente tomando en cuenta las cargas vivas con que fue diseñado y las que actualmente transitan por los caminos de México, casi siempre resultara que el puente necesita ser reforzado para absorber los elementos mecánicos producidos por las cargas actuales.
El método más común para el reforzamiento de los puentes es el presfurezo exterior, que consiste en cables de acero de presfuerzo, con los cuales se obtiene una resultante normal a la superestructura del puente que ayuda a absorber los momentos y cortantes producidos por las cargas vivas actuales.
Una vez que se a determinado que el puente requiere reforzarse, el procedimiento constructivo a seguir es el siguiente:
1.- Realizar perforaciones en nervaduras para dar paso al presfuerzo transversal para colocar los bloques desviadores.
2.- Escarificar nervaduras en la zona donde se colocaran los bloques desviadores. 3.- Armar y colar los bloques desviadores.
4.- Alrededor de los tubos desviadores sellar con mortero Grout.
5.- Fabricar los bloques metálicos de anclaje.
6.- Colocar el señalamiento respectivo y cerrar parcialmente la circulación para retirar carpeta asfáltica existente y demoler losa para colocar los bloques de anclaje.
7.- Una vez que los bloques hayan alcanzado su resistencia de proyecto, se insertaran las barras de presfuerzo y se tensaran al 50% de su fuerza de servicio para estabilizar los asentamientos del bloque desviador.
8.- Ya asentados los bloques, se procederá a tensar las barras transversales de presfuerzo al 100% de su fuerza de tensado.
9.- Montar los bloques de anclaje, colocando mortero Grout para asegurar un adecuado contacto entre superficies.
10.- Cuando se haya tensado todo el presfuerzo de todos los bloques desviadores y los bloques de anclaje hayan sido colocados se procederá a introducir y posteriormente tensar el acero de presfuerzo longitudinal, el tensado de estos cables deberá ser por un extremo y simultáneo.
11.- Colar la zona donde se coloco el dispositivo metálico de anclaje, dejando la reservación para la colocación de la junta de dilatación.
12.- Colocar la carpeta asfáltica en la calzada y en los accesos.
13.- Realizar limpieza general y restituir la circulación normal del puente.
Para el mantenimiento de los bloques de anclaje se recomienda:
o Eliminar el antiguo mortero de relleno del cajetín.
o Eliminar el oxido de las cabezas de anclaje.
o Restituir el relleno a base de morteros especiales.
o Los cables de presfuerzo que van por fuera de la estructura no necesitan mantenimiento por ir dentro de un poliducto que los protege contra los agentes del intemperismo. Existen tres tipos del presfuerzo exterior:
El presfuerzo longitudinal.
El presfuerzo transversal.
Y el presfuerzo vertical.
7. PRINCIPALES PUENTES: INTERNACIONAL, NACIONAL
falta
8. TENDENCIAS MUNDIALES
8.1 Records mundiales
Puente de la bahía de Hangzhou, China: Puente más largo del mundo sobre el mar. Tiene una longitud de 36 km.
El Puente Akayashi Kaikyo, Japón: Puente colgante más largo del mundo.
El Lake Pontchartrain Causeway, Luisiana, EEUU: Puente más largo del mundo. Cruza el Lago Pontchartrain, con una longitud de 38.42 km.
El Viaducto de Millau, francia: Puente atirantado más largo del mundo. Tiene una longitud de 2460 m. Adicionalmente es el puente vehícular más alto del mundo, con 343 m. de altura.
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