Introducción al diseño de puentes

Elementos del Diseño de
Puentes

Contenido
1. Componentes de un 5. Cargas que actúan
puente. en un puente.
2. Tipos de puentes. 6. Diseño geométrico
3. Ubicación y elección de vías.
de un puente. 7. Ejemplos.
4. Estética de puentes. 8. Bibliografía.

Elementos del Puente
• Sección de • Infraestructura,
desagüe, – Fundaciones,
• Tirante de agua, – Estribos,
• Alteración del río, – Aletas,
– Pilas.
• Superestructura,
– Tablero:
• Baranda,
• Drenaje,
• Apoyo,
• Juntas.

Sección de desagüe

• La sección de desagüe debe proporcionar un cruce con
seguridad de un cursos de aguas en cualquier
oportunidad, durante las crecientes probables en el
tiempo útil.

Tirante de Aire

• Distancia entre el nivel máximo de aguas y la
parte inferior del tablero.

Alteración del Régimen del Río

• Las pilas y los estribos disminuyen la sección por lo que:
– Se incrementa la velocidad hasta el punto de erosionar el lecho
del río y socavar las fundaciones,
– Remansos aguas-arriba del puente, que podría producir
inundaciones de las riberas.

Tablero

• Superficie en la cual el usuario viaja

Baranda

• Deben colocarse Barandas como protección y
seguridad de los usuarios.
• Altura mínima 1,07 m

Apoyo

• Los aparatos de apoyo se colocan entre la viga
y la superficie de apoyo.
• Se dividen en: Fijos y móviles.

Juntas

• Los borde del estribo y el tablero del puente
deben ser protegidos.

Fundaciones
• Tipos
– Extendida: Fundación directa.
– Cajón: Fundación que lleva la carga al estrato
portante.
– Pilotes: Fundación indirecta que transmite la
carga a estratos más profundos.

Estribo

• Apoyos extremos del puente,
• soportan las cargas del puente y
• contienen el terraplén de acceso.

Aletas
• Contienen el terraplén de acceso y
• Protegen el terraplén del cauce de la
corriente.

Pilas
• Apoyos intermedios
del puentes.

Clasificación de los Puentes
Los puentes se pueden clasificar
según:
a) Utilidad;
b) material;
c) localización de la calzada y
d) forma de la estructura.

Utilidad Materiales
• Puentes peatonales, • Madera,
• puentes para • concreto, ya sea
carreteras, reforzado o
• puentes para vías preesforzado,
férreas, • metálicos y
• puentes para paso de • mixtos.
tuberías y
• puentes grúas.

Localización de la Estructura principal coincide
Calzada con el tablero
Estructuras por debajo del • Puentes de viga
tablero (Tablero superior) • Losa
• Arco • Viga T
• Armadura en arco • Viga I
Estructura por encima del • Viga de ala ancha
tablero (Tablero inferior) • Viga cajón de acero y
• Colgantes concreto
• Atirantados • Viga compuesta de alma
• Armaduras de paso interior llena

Forma de la
estructura
• Losa,
• vigas,
• armadura,
• arco,
• atirantado y
• colgante.

Puentes de Estructura en el
Tablero
• Llevan la carga por flexión y corte,
• forma ineficaz de realizarlo,
• comparada con la compresión del arco y
la tracción del cable.
• Son una solución económica para una
gran cantidad de puentes.
• Solución típica para tramos de cortos a
medios, con luces menores a los 50 m.

Puentes en Armadura
• Las armaduras tienen dos ventajas. Los elementos
están diseñados a fuerzas axiales y el sistema abierto
permite mayores alturas que su equivalente de alma
llena. Por ello reducen la cantidad de material y peso
propio.
• Estas ventajas son a expensas del incremento en el
costo de fabricación y mantenimiento.
• Solución económica para tramos intermedios en un
rango de 150 a 500 m.
• La armadura se ha convertido en el sistema de
rigidización de puentes colgantes.
• Se puede construir mediante el ensamblaje de
miembros.
• Estéticamente no es una alternativa agradable. En luces
grandes, esto es insignificante por el impacto visual de la
gran escala. Para luces intermedias si lo es por ello la
armadura tipo Warren es una buena alternativa.

Puentes en Arco
• El arco es una forma más económica y la eficiencia
radica en la reacción del apoyo. Si el sitio es
conveniente como una valle esta solución proporciona
un costo razonable, ubicando las fundaciones en las
rocas.
• Puede tener altos costos de fabricación y levantamiento.
Los problemas de levantamiento varían, siendo más fácil
para el arco en volado y posiblemente más difícil para el
arco atado.
• La forma del arco obedece a la carga permanente para
eliminar la flexión.
• Estéticamente es la forma más exitosa, la persona
promedio entiende al arco como entendible y expresiva.
La forma curva siempre es agradable.

Puentes Atirantado
• Solución económica por el uso de cables de alta resistencia.
• Los cables son rectos, por ello más rígidos que el sistema de
puente colgante.
• Los cables se anclan en el tablero, generando compresión en
tablero por ello los hechos en concreto armado son ideales
por resistir compresión.
• La longitud de cada cable es menor a la luz del puente, por
ello se construyen con cables completos que se llevan a obra
y se tensan sin necesidad de ser fabricados (hilados) en obra.
• Libertad para escoger el arreglo estructural.
• Es poco eficiente para carga permanente, mejor para carga
variable que el puente colgante. Por ello, no es útil en
grandes luces, el rango económico está entre los 100 y 350
m.
• Los cables se pueden colocar en la línea central.
• Los cables facilitan el levantamiento del puente,
construyéndose en volados con contrapesos.
• No se ha detectado hasta la fecha inestabilidad
aerodinámica.

Puentes Colgantes
• El principal elemento es el cable que trasmite las cargas
a las torres y anclajes. Construido con acero de alta
resistencia
• El tablero se cuelga de los cables por tensores de alta
tensión.
• Lo económico del cable se contrasta con el costo de las
torres y los anclajes. Este último puede ser muy alto en
terreno de fundación limitado.
• El cable se rigidiza mediante una cercha o vigas en el
tablero. Este sistema sirve para controlar el movimiento
aerodinámico y limitar las deformaciones del tablero
• La altura de la torre es una desventaja en zonas
cercanas a aeropuertos.
• Es la única solución para tramos por encima de los 600
m, y compite en tramos hasta de 300 m. En tramos más
cortos se han hecho incluso para pasarelas.

Longitudes de tramo para varios
tipos de superestructura
Tipo de Material El rango Máximo tramo en
estructura de tramo Servicio (m)
(m)
Losa Concreto 0-12
Viga Concreto 12-250 240, Hamana-Ko Lane,
Acero 30-260 261, Sava I,
Atirantado Concreto ≤250 235, Maracaibo,
Acero 90-850 856, Normandia,
Armadura Acero 90-550 550, Quebec
480, Greater New
Orleans,
Arco Concreto 90-300 305, Gladesville,
Armadura de acero 240-500 510, New River Gorge
Nervios de acero 120-360 365, Port Mann
Colgante Acero 300-1400 1991, Akashi Kaikyo,

Datos obtenidos estadísticamente para establecer la relación luz y superestructura

Ubicación y elección del
Puente

Aspectos a Estudiar
• Para el proyecto de un puente se requiere
estudiar lo siguiente:
– Localización,
– tipo de puente adecuado,
– forma y dimensiones,
– obras complementarias,
– obras especiales.

Localización
• Para la ubicación del puente se debe considerar
lo siguiente:
– sitio (ancho de la depresión, sección desagüe,
necesidad de subdivisión),
– características del subsuelo,
– propósito (provisional, carretero, ferrocarilero, urbano,
viaducto),
– alineamiento,
– pendiente longitudinal,
– rasante,
– facilidades de construcción y mantenimiento,
– aspecto estético en relación con el medio ambiente,

Localización
– lineamiento respecto al cauce de la corriente de agua
(preferible perpendicular al puente) y una sección de
desagüe suficiente (velocidades bajas).
• En cruces urbanos la ubicación es forzada por lo
que se considera el aspecto estético de la
estructura.

Estudios del Sitio de Puente
Los estudios a realizar en el sitio de puente
son:
– Estudio topográfico,
• Proporciona vías de acceso, curvas de nivel y
perfiles de la vía.
– hoya hidrográfica,
• Proporciona la pendiente del cause, tipo de suelo y
cultivos, datos pluviométricos, velocidad de
corriente.
– suelos y geotécnicos
• Proporciona los parámetros para el diseño de la
infraestructura.

Estética de Puentes
Principios básicos a considerar en la
concepción y el diseño de un puente:
– forma estructural,
– integración con el sitio.

Forma Estructural
Proporción Textura
Es la justa y armoniosa Es la sensación física
relación de una parte con que produce en el tacto
otras o con el todo. humano la superficie de
Asimismo, corresponde a una forma.
un conjunto ordenado de
relaciones matemáticas
existentes entre las
dimensiones de una
forma o de un espacio.

Forma Estructural
Orden Color
Son las relaciones El color se utiliza en su
internas de las formas sentido amplio,
que componen un comprendiendo los del
edificio, de proporciones es-pectro solar, neutros
tales que su conjunto también variaciones
sea armonioso. tonales y cromáticas

Forma Estructural
Luz y sombra Contraste
Lo que ilumina los Comprende más allá de
objetos y los hace las oposiciones
visibles. Obscuridad de comúnmente
forma especial que reconocidas.
produce un cuerpo sobre
otro.

Forma Estructural
Esbeltez Transparencia
Delicadeza, finura, Capacidad de dejar
elegancia de una cosa. atravesar la luz y
permitir divisar
claramente los objetos a
través de su espesor.

Forma Estructural
Ritmo Escala
Pauta creada entre Alude a la manera de
división e intervalo, percibir el tamaño del
entre macizo y vacío. objeto comparado con
un estándar de
referencia o con el de
otro objeto.

Integración con el Sitio
El puente no debe alterar, debe armonizar,
complementar, mejorar etc. el sitio donde va
a quedar (paisaje, vista de la ciudad,
espacio urbano, ambiente).

Puentes de Manhattan y Brooklyn

Integración con el Sitio
Valor histórico Importancia en la
población

Valor Histórico

Firth de Forth

Cargas
Se deben considerar todas las cargas que
se esperan aplicar durante la vida útil del
puente. Estas cargas se clasifican en:
– cargas permanentes,
– cargas transitorias,
– cargas laterales,
– cargas por deformaciones
– cargas por colisiones.

Cargas Permanentes
Todas las cargas originadas por el peso de
los elementos de carácter permanente en el
puente, tales como:
– peso de los componentes estructurales y no
estructurales de puente (DC),
– peso del pavimento (DW),
– peso del terraplén (EV),
– empuje del suelo (EH).

Cargas Transitorias
El automóvil es la carga vehicular más
común pero el camión es el que causa los
mayores efectos por lo que se realizó un
camión de diseño denominado “camión
AASHTO”, al cual se consideran varios
efectos
– Camión de diseño,
– carga de acera.
– Efectos
• Fatiga,
• dinámicos,
• fuerza centrífuga,
• fuerza de frenado,
• multipresencia de vehículos.

Cargas Laterales
Estas cargas se aplican en la dirección
horizontal y son las siguientes:
– fuerza del cauce de agua,
– fuerza del viento,
– fuerzas sísmicas,

Cargas por Deformación
Los cambios en la forma del puente originan
fuerzas sobre los elementos, según su
origen se clasifican en:
– temperatura,
– retracción y acortamiento,
– asentamientos.

Cargas por Colisión
La colisión de las unidades que transitan
por el puente debe ser contemplada. Por
ejemplo:
– colisión de buques en las pilas,
– colisión de vagones de tren,
– colisión de vehiculos.

Criterios de Alineamientos
• La topografía condiciona el alineamiento
horizontal de una carretera, en especial
los radios de curva y la velocidad de
proyecto.
• La velocidad de proyecto controla la
distancia de visibilidad.
• La longitud mínima de la recta de paso es
800 m.

• La rectas muy largas presentan
inconvenientes.
• Debe evitarse la localización de un puente
en la proximidad de una curva.
– Cuando sea inevitable, la transición de
peralte de la curva no se debe extender hasta
el puente.
– En condición especial de puente curvo, esta
debe ser simple.

Radios Mínimos:
Un alineamiento recto se debe empalmar con una curva
de radio mínimo indicado en la tabla.
Longitud mínima de la curva 150 m

Longitud de la recta (km) Topografía Radios mínimo (m)

0,75 a 2 Llano 700
Mayor a 2 Llano 2000
0,75 a 2 Ondulado 500
Mayor a 2 Ondulado 1200
0,75 a 2 Montañoso 350
Mayor a 2 Montañoso 700

Criterios de Pendientes
• La rasante es la línea de referencia que define
los alineamientos verticales.
• Las pendientes máximas están supeditadas a
la velocidad de proyecto.
• Los valores máximos de pendientes son:
Velocidad de 50 65 80 95 110
proyecto (km/h)

Pendiente 6-8 5-7 4-6 3-6 3-5
máxima (%)

• La longitud crítica en pendiente es la que
motiva reducciones de velocidad de 25 km/h.
• Deben evitarse rasantes cuyas pendientes
fuertes ocasionen reducciones de más de 25
km/h.
• La longitudes críticas según la pendiente son:
Pendiente de 3 4 5 6 7 8
subida (%)
Longitud crítica (m) 500 350 245 200 170 150

• Las rectas del perfil longitudinal deben enlazarse
con curvas verticales que proporcionen la
visibilidad necesaria, drenaje satisfactorio.
• Las pendientes no deben ser menores a lo
indicado
Drenaje longitudinal Pendiente mínima (%)
Cuneta sin revestir 0,5
Canal – drenaje 0,4
Cunetas revestidas 0,3
Brocales (rampas, calles) 0,3

Intersecciones
• Las intersecciones pueden ser a nivel o
de varios niveles.
• Los elementos de una intersección a nivel
son:
– Brazo,
– entrada,
– salida,
– ángulo.

Intersecciones
• Los elementos de una intersección de
varios niveles son:
– Rampas que pueden ser interiores
(movimientos a la izquierda) y exteriores
(movimientos a la derecha),
– rama,
– estructuras denominadas dispositivos.

Intersecciones a Varios Niveles

Trayectorias de curvatura de
vehículos

Diseño del Borde de la Calzada
• El diseño de las curvas de las intersecciones se
realiza según la curva del borde de la calzada.
• El diseño con vehículo P cuando el mayor
porcentaje de vehículo lo constituyen los
automóviles.
• El diseño con vehículo SU se aplica a todos los
caminos rurales.
• El diseño con vehículos WB-40 y WB-50 se
realiza cuando es muy frecuente del cruce de
este tipo de vehículos.

Curva del Borde de la Calzada
Vehículo de proyecto P

Vehículo de proyecto SU

Vehículo de Proyecto WB40 y
WB50

Bibliografía
• Arnal, E. (2000). Lecciones de Puentes. Caracas,
Venezuela: s/d.
• Barker, R. y Puckett, J. (1997). Design of Highway
Bridge. EE. UU.: John Wiley & Sons, Inc.
• Burke Jr., M. (1995). Bridge Aesthetics: World View.
Journal of Structural Engineering, 121, 1252-1257.
• Carciente, J. (1980). Carreteras, estudios y proyecto.
Caracas, Venezuela: Ediciones Vega, s.r.l.
• Herrera, J. (1996). Puentes. Santafé de Bogota:
Colombia. Universidad católica de Colombia.
• Ostrow, S. (1997). Bridges. Nueva York, EE. UU.:
Michael Friedman Publishing Group, Inc.
• Wells, M. (2002). Puentes. Madrid, España: H.
Kliczkowski – Onlybooks, S.L.

Bibliografía
• Wittfoht, H. (1972). Puentes, Ejemplos Internacionales.
Barcelona, España: Editorial Gustavo Gili, S.A.
• Xanthakos, P. (1994). Theory and Design of Bridges.
EE. UU.: John Wiley & Sons, Inc.

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