Estructura tipo Warren

Johan Barajas

Jhonatán Minotta

Códigos: 5500105 - 5500107

Estática

Semestre IV

Ing. Diego Andrés Bravo González

Universidad Militar Nueva Granada (Campus)

16 de marzo de 2015

2

Tabla de Contenido

Tabla de contenido 2

Introducción 3

Objetivos 4

Marco teórico 5

Calculo de nodos 15

Bibliografía 21

3

Introducción

El trabajo presente se refiere al diseño y construcción de un puente, que se puede definir

como una estructura que será expuesta en el salón de clases para ser puesta a prueba, la

característica principal de este trabajo es la composición de materiales ya que toda la

estructura está elaborada por balzo (madera).

Dicha estructura será sometida bajo cargas de peso determinadas, que se añadirán

gradualmente y con gran cuidado, se investigo acerca del tema relacionado con el proyecto

tales como diseño, esfuerzos, momentos, material.

El trabajo en equipo fue esencial en el desarrollo del proyecto, todos los integrantes

aportaron ideas y puntos de vista al momento de diseñar y elaborar la estructura.

4

Objetivos

El objetivo de este trabajo es mostrar detalladamente como se elaboró la estructura,

teniendo en cuenta las pautas establecidas por el Ingeniero a cargo de la asignatura.

Mediante gráficos se dará una idea de lo que finalmente será la estructura terminada,

indicando sus respectivas partes y materiales.

El objetivo más importante del proyecto es lograr el límite de peso establecido en la clase,

una vez el puente haya sido verificado con las características establecidas para evitar

sanciones.

El objetivo principal del proyecto es observar los defectos de cada estructura para así

mismo mejorarla para presentarla al concurso de ingeniería

5

MARCO TEORICO

Para una detallada investigación sobre la construcción y diseño de los puentes, se debe

tener en cuenta algunos aspectos, tales como: lugares de para la elaboración, recursos

naturales y procesados, planeación de laduración del proyecto, inicio, fin de su elaboración

y las respectivas pautas para lograr cumplir con el objetivo de este.

La construcción de un puente, está destinada a proteger obstáculos naturales, como

valles, ríos, lagos, entre otros, y a su vez obstáculos artificiales, como vías férreas o

carreteras, que nos permite pasar sobre el y con el fin de unir caminos. (Furgang, 2004)

Antes de proceder con el diseño del proyecto de un puente, es indispensable realizar

estudios básicos, que permitan tomar conocimiento pleno de la zona, que redunde en la

generación de información básica necesaria y suficiente que concluya en el planteamiento

de soluciones satisfactorias plasmadas primero, en anteproyectos, luego en proyectos

definitivos, reales y  ejecutables, entonces según esto los estudios básicos que se deberían

realizar son los siguientes:

Topográficos

Hidrológicos

Geológicos

Geotécnicos

De riesgo sísmico

Impacto ambiental

Trafico

Alternativas de diseño vial

Alternativas de ante proyecto y factibilidad

6

Su elaboración está dirigida por la Ingeniería Estructural que es una rama de la

Ingeniería Civil, se ocupa del diseño y cálculo de la parte estructural, tales como edificios,

puentes, muros, presas, túneles. Para dicha elaboración de algún proyecto (Puente), es

indispensable que los planos cuenten con la siguiente información, ya que son elementos

necesarios para la revisión y ejecución del mismo.

Ubicación del puente

Vista general del puente

Esquema de sondajes del suelo

Encofrados de los elementos

Armaduras de los elementos componentes

Esquema de los procesos constructivos especiales

Esquema de colocación del concreto

Sistemas de drenajes

Detalles de la señalización

Especificaciones especiales

Tablas de metrados

Un puente es una “Obra de arte especial requerida para atravesar a desnivel un accidente

geográfico o un obstáculo artificial por el cual no es posible el tránsito en la dirección de su

eje”. Los puentes han evolucionado de maneras impresionantes y a veces casi

inexplicables, demostrando y dando a conocer el nivel de creatividad, dedicación y

perseverancia de muchos ingenieros, a lo largo de la historia se han hecho grandes

investigaciones sobre las propiedades de los materiales, así mismo desarrollándolos y

haciéndoles cada vez más resistentes y eficaces, estudiando de cerca el comportamiento

estructural de dichas obras de tan gran magnitud, preparándolas muchas veces para eventos

naturales de alto riesgo, tales como sismos o socavación, a continuación se darán a conocer

los diferentes tipos de puentes que se han diseñado hasta el momento, contando con sus

materiales, y que ingeniero fue el que lo invento:

7

Los puentes de madera:

 Son ligeros, baratos, poco resistentes, de corta duración y muy vulnerables; actualmente

sólo se conciben en obras provisionales.

Puentes en arco de piedra, ladrillo y hormigón:

Inicialmente inventados por los antiguos griegos, de piedra, ladrillo y hormigón en masa,

son siempre puentes en arco, pues estos materiales sólo resisten esfuerzos de compresión;

su duración es ilimitada, pues todavía se usan puentes romanos, sin prácticamente gastos de

conservación. La imposibilidad de mecanizar su construcción hace que sean de coste muy

elevado. Con los puentes de fábrica, prácticamente únicos hasta el s. XVIII, no pueden

alcanzarse grandes luces, por lo que no se construyen. El desarrollo de la industria

metalúrgica orientó hacia los metales la técnica de construcción de puentes, impulsada

particularmente por el desarrollo del ferrocarril.

Los puentes metálicos:

Inicialmente construidos con hierro colado y hierro forjado y, después, con acero

laminado, marcaron una época en la ingeniería de caminos, pues admiten las más diversas

soluciones técnicas, permiten grandes luces a la altura justa, se prestan a sustituciones y

ampliaciones y son de rápida construcción. Sus inconvenientes son el elevado precio de la

materia prima, los gastos de mantenimiento por su sensibilidad a los agentes atmosféricos y

gases corrosivos y su excesiva deformación elástica. Estos puentes pueden ser

de arco, viga, tirantes, etc.; y el acero puede presentar diversas formas según trabaje

por tracción, compresión flexión, pudiendo estar unidas las piezas por remachado en

caliente o por soldadura fundamentalmente. Las pilas y estribos pueden ser de hierro o,

generalmente, de hormigón. Los puentes metálicos se prestan a atrevidas concepciones

para puentes móviles y colgantes.

8

Puentes de tirantes: Puentes caracterizados porque los tramos no son sujetados por

los extremos, sino cerca del centro de sus vigas.

Puentes colgantes o de tirantes: John Roebling, Ingeniero estadounidense de

origen alemán construyo en 1846 el puente colgante de 308 metros sobre el rio Ohio

en Wheeling, Virginia fue en ese entonces el primer puente colgante del mundo.

Puentes en arco de acero: James Buchanan Eads, construyo el primer puente de

acero sobre el rio Mississippi en Saint Louis, Missouri en el año 1874.

Puentes en vigas triangulares: Se emplea bastante por su bajo coste, se lleva a

cabo la construcción ortotropica en la cual unas planchas de acero de refuerzo

actúan al mismo tiempo como soporte de calzada y como soporte de las vigas

transversales y de las vigas maestras longitudinales. El primer puente de este tipo

fue construido en el año 1967 en San Mateo-Hayward, San francisco, EUA

Puentes de pontones:

Son puentes flotantes, permanentes, por ejemplo poner varias valsas o canoas alineadas

horizontalmente y sobre estas mismas poner una estructura recta, ya sea un camino o por

donde pueda pasar un auto, se utiliza de manera improvisada por militares en la mayoría de

sus casos.

Puentes en arco de Hormigón:

Comienzos del siglo XX, el desarrollo del Hormigón proporciono grandes beneficios a la

construcción de puentes, existen dos tipos de puentes construidos con Hormigón, los

cuales son:

Los puentes de hormigón armado, posteriores cronológicamente a los metálicos,

son preferentemente de arco y viga, adaptándose el hormigón a variadas soluciones

que permiten aprovechar un mismo elemento para varios fines. Admiten luces

intermedias entre los de fábrica y los metálicos, no tienen gastos de mantenimiento

9

y son de rápida construcción, particularmente si se utilizan elementos prefabricados.

Al ser discreto su coste se utiliza mucho e construcciones no muy atrevidas.

Los puentes de hormigón pretensado, que permiten grandes luces con suma

esbeltez, son de rápido montaje, no precisan gastos de mantenimiento y presentan

grandes posibilidades estéticas; se han impuesto actualmente en las principales

redes viarias del mundo.

Los puentes cantiléver.

 Constan esquemáticamente de dos voladizos simétricos que salen de dos pilas contiguas,

uniéndose en el centro por unas vigas apoyadas y suelen anclarse en los estribos

simétricamente opuestos respecto al centro. los puentes cantiléver presenta diversas

construcciones, en arco o viga, de acero u hormigón, y pueden salvar grandes luces, sin

necesidad de estructuras auxiliares de apoyo durante su construcción.

Los puentes que salvan las mayores luces son los puentes colgantes, que constan de un

tablero suspendido en el aire por dos grandes cables, que forman sendas catenarias,

apoyadas en unas torres construidas sobre las pilas. El tablero puede estar unido al cable

por medio de péndolas o de una viga de celosía. Existen diversos puentes colgantes con

luces superiores a 1000 m.

Puentes Móviles (Puentes levadizos) Giratorios o de elevación vertical:

El primer tipo de puente móvil fue el ala abatible de madera que servía para cruzar el foso

de los castillos y que se elevaba con cadenas desde el interior.

Los puentes levadizos son sencillos y prácticos para luces no muy grandes; el más

usado es el de tipo basculante, formado por uno o dos tableros, apoyados por un eje

10

en las pilas y convenientemente contrapesados, que se elevan por rotación sobre el

eje. Suelen construirse en acero, pero se han hecho ensayos con metales ligeros

(duraluminio).

Los puentes de elevación vertical se usan para mayores luces y constan de una

plataforma, que se eleva verticalmente mediante poleas siguiendo unas guías

contiguas; la plataforma suele ser de acero con vigas de celosía o de alma llena.

Los puentes giratorios constan de una plataforma apoyada en una pila y capaz de

girar 90º, dejando abiertos a cada lado un canal de circulación. Sólo usados para

pequeñas luces, como los anteriores, son movidos, generalmente, por motores

eléctrico.

Aunque el más famoso es “El puente de la Torre” sobre el rio Támesis, en Londres

Entre los puentes fijos están los:

Puentes de placas, cuya armadura es una plancha de hormigón armado o

pretensado, que salva la distancia entre las pilas; esta construcción, usual sobre

autopistas, presenta muchas ventajas para luces no muy grandes.

Los puentes de vigas simples salvan las luces mediante vigas paralelas,

generalmente de hierro o de hormigón pretensado, y sobre cuya ala superior está la

superficie de rodadura.

Los puentes de vigas compuestas están formados por dos vigas laterales,

compuestas por alas de chapa soldadas perpendicularmente a otra que sirve de alma;

permiten grandes luces y pueden ser de tablero superior o inferior.

Los puentes de armadura en celosía son semejantes a los anteriores, pero con vigas

en celosía, con elementos de acero soldado o remachado; permiten grandes luces y

admiten diversas modalidades, tanto en tablero superior como inferior. Los puentes

continuos poseen una superestructura rígida, de vigas en celosía (de acero de alma

llena u hormigón), apoyada en tres o más pilas; admiten grandes luces, pero son

muy sensibles a los asientos de las pilas.

11

Son muy importantes los puentes arqueados, entre los que se incluyen los legados por la

antigüedad, y que ahora, el acero, los hormigones armados y pretensado permiten construir

con grandes luces y pequeña curvatura; pueden ser de tablero superior, de acero

con tímpano de celosía o de arcadas y de hormigón, con tímpano abierto o macizo, y de

tablero inferior, discurriendo la calzada entre los arcos, paralelos o no, con diversos tipos de

sujeción.

REFERENCIA (Manual de Diseño de puentes 2003, DGCF )

(Dirección General de Caminos y Ferrocarriles)

Los materiales tienen una importancia decisiva en la formación de los puentes. A lo largo

de la historia se han ido empleando distintos componentes en su construcción,

evolucionando estos hasta la utilización actualmente de materiales compuestos formados

por fibras de materiales muy resistentes, madera, piedra, hierro, hormigón, ladrillo han sido

los materiales utilizados con más frecuencia en la construcción de este tipo de estructuras.

El desarrollo de las tecnologías de los distintos materiales ha hecho que las estructuras de

los puentes tengan cada vez más posibilidades, lo que ha permitido una mayor diversidad

de formas y hacer puentes de hormigón y acero, hasta el grado de que a veces es difícil a

distancia saber de qué material están hechos, especialmente en las vigas continuas con

sección en cajón de alma llena, metálicas o de hormigón, que se pueden confundir con

facilidad si su color es análogo.

La topografía y la hidrología son datos de las condiciones naturales del lugar donde se

requiere construir el puente. La topografía, debe contener como mínimo, un plano de

ubicación, planimetría con curvas de nivel cada metro si la quebrada es profunda o más

juntas si el terreno es llano ó las barrancas son poco definidas. La hidrografía debe contener

por lo menos la media anual de las precipitaciones, las crecidas máximas y mínimas, la

velocidad máxima de la corriente, el caudal, las variaciones climatéricas y materiales de

arrastre (palizada, témpanos de hielo, y otros). Y entre otros como la geología y el riesgo

sísmico. La geología, es el estudio geotécnico con sondeos geofísicos y perforación de

pozos en los ejes de los probables emplazamientos de la infraestructura, traducidos en

12

perfiles geológicos con identificación de capas, espesores, tipos de suelos, clasificación,

tamaño medio de sus partículas, dureza, profundidad de ubicación de la roca madre y todas

sus características mecánicas. El riesgo sísmico es la probabilidad de ocurrencia dentro de

un plazo dado, de que un sismo cause, en un lugar determinado, cierto efecto definido como

pérdidas o daños determinados.

REFERENCIA http://apuntesingenierocivil.blogspot.com/2010/10/estudios-basicos-

para-la-construccion.html salvado el 9 de octubre de 2010

Configuración De Los Nudos

Con una relación entre el espaciamiento de los nudos (del cordón superior) con la altura de

la armadura de 2 a 1, se reduce el número de nudos en la armadura, Con esta relación, el

ángulo interno que se generó entre cuerdas y diagonales es de 45 grados. En el caso que un

ángulo sea muy pequeño genera fuerzas muy grandes en las respectivas barras y requiere

uniones excesivamente reforzadas

13

En el enlace mostrado a continuación podrán observar un puente de la Universidad

Católica de Colombia, con las siguientes características :

Puente en madera de balso con una luz libre de 1.20 m, ancho de 0.3 m y altura de 0.3 m.

Peso 1090 gr

Resistió una carga de 186 Kg - (171 veces su peso)

https://www.youtube.com/watch?v=NICINXwuNSY

Este enlace podrán observar un concurso de puentes en Lima-Perú en la universidad

de Piura, poniendo a resistencia todos los puentes diseñados por los estudiantes

“Los estudiantes del curso de Mecánica Racional de la Facultad de Ingeniería pusieron a

prueba todos sus conocimientos y presentaron curiosas estructuras hechas de fideos y

pegamento. Nueve equipos presentaron sus trabajos finales a la comunidad universitaria

que se dio cita a las afueras del laboratorio de química para presenciar la prueba. Uno a

uno los puentes fueron sometidos al peso de un contenedor que iba siendo llenado con

agua. Kilo a kilo los puentes retaban sus estructuras aumentando la emoción del público”

https://www.youtube.com/watch?v=KxzHW5LtPrk

14

Calculo De Nodos

Nodo A

21.437

= ab14.33

= ac12.5

ab=43,87C

ac=38,26 T

15

Nodo C

+¿→∑ fx=0¿

−ac+cd=0;cd=ac→ cd=38,26 T

↑+∑ fy=0

cb=0

Nodo B

↑+∑ fy=0

43,87 sin29,24−bdSin29,24−8,57=0

bd=−12,85−0,488

bd=26,33→ bd=26,36 T

+¿→∑ fx=0¿

43,87 cos29,24+23.33 cos 29,24+be=0

be=61,24 C

Nodo D

16

+¿→∑ fx=0¿

df −26,36 cos29,24−38,26=0

df =61,23 T

↑+∑ fy=0

26,33 sin 29,24−de=0

de=12,86 C

Nodo E

+¿→∑ fx=0¿

61,24+8,78 cos29,24−eg=0

eg=68,90 C

↑+∑ fy=0

ef 29,24+4,29=0

ef =8,78 T

17

El siguiente paso es bastante importante ya que se empiezan a realizar los cálculos de nodos desde la otra esquina de la cercha.

Nodo K

21.437

= kj14.33

= kl12.5

kj=43,87 C

kl=38,26 T

Nodo L

+¿→∑ fx=0¿

lk−li=0;lk=li → cd=38,26 T

↑+∑ fy=0

lj=0

Nodo J

18

↑+∑ fy=0

43,87 sin29,24− jiSin29,24−8,57=0

ji=−12,85−0,488

ji=26,36 T

+¿→∑ fx=0¿

43,87 cos29,24+23.33 cos 29,24+ jh=0

jh=61,24 C

Nodo I

+¿→∑ fx=0¿

if −26,36 cos29,24−38,26=0

if =61,23 T

↑+∑ fy=0

19

26,33 sin 29,24−ih=0

ih=12,86 C

Nodo H

+¿→∑ fx=0¿

61,24+8,78 cos29,24−hg=0

hg=68,90 C

↑+∑ fy=0

hf 29,24+4,29=0

ef =8,78 T

Nodo G

+¿→∑ fx=0¿

20

eg−gh=0

eg=gh → gh=68,90C

↑+∑ fy=0

−8,57+ fg=0

fg=8,57 C

Nodo F

+¿→∑ fx=0¿

8,78 cos29,24−fhCos29,24=0

fh=8,78 C

↑+∑ fy=0

8,78 sin 29,24−8,78 sin 29,24−61,23+ fi=0

fi=61,32 T

Reacción Magnitud Compresión/Tracciónab=kj 43,89 Compresiónac=kl 38,26 Tensióncd=li 38,26 Tensióncb=lj 0 -bd=ji 26,33 Tensión be=jh 61,24 Compresióndf=if 61,23 Tensión

de=ih 12,86 Comprensión ef=hf 8,78 Tensióneg=hg 68,90 Compresión

fg= 8,57 Comprensión

21

Bibliografía

www.guadua.biz/documentos/tesis/03.pdf

http://thales.cica.es/rd/Recursos/rd98/Fisica/02/leyes.html

http://www.construaprende.com/foros/puente-con-armaduras-tipo-warren-

vt6943.html

22