Puente Bolognesi de Piura 2014“CARGAS DISTRIBUIDAS EN UN PUENTE ARCO ATIRANTADO”

FACULTAD DE INGENIERÍA

CARRERA: INGENIERÍA CIVIL

ESTÁTICA

“CARGAS DISTRIBUIDAS EN UN PUENTE ARCO ATIRANTADO”

AUTORES:

CÓDIGO APELLIDOS Y NOMBRES C1 C2 C3 C4 C5 C6 Total

60113 ECHEVARRIA CARRION, TATIANA

55214 CORREA BRICEÑO,LINDER

57539 GOMEZ URIOL, GERALDINE

62166 HERMANDES ESPINOZA, KELLY

60301 HURTADO VITERY, ANTONINO

58269 YUCRA GUERRA, MARGARITA

Docente: Loyaga castro Jesús Felipe

1

INDICE

ÍNDICE:

I. Carátula……………………………………………………………… Pág. 1

II. Índice………………………………………………………………... Pág. 2

III. Resumen……………………………………………………………... Pág. 3

IV. Planteamiento del Problema

a) Entorno problemático……………………………………………. Pág. 4

b) Formulación del problema……………………………………….. Pág. 5

V. Formulación de la Hipótesis………………….……………………… Pág. 6

VI. Objetivos

a) Objetivo General……………………….………………………… Pág. 7

b) Objetivos Específicos…………………...……………………....... Pág. 7

VII. Marco Teórico

a) Diagrama del cuerpo libre...……………………………………….. Pág. 8

b) Primera condición de equilibrio………………………………….... Pág.9

c) Centro de gravedad...…...………………………………………..... Pág. 9

d) Puentes…………...………………………………………….....….. Pág. 10

e) Tipos de Puentes…………………………………………………... Pág. 10

f) Partes de un puente...……………………………………………… Pág. 12

g) Estribo de un puente.………………………………………………. Pág. 14

VIII. Procedimiento………………….………………………………………. Pág. 15

IX. Conclusiones………………………………………………………….... Pág. 19

X. Referencias……………………………………………………………... Pág. 20

XI. Anexos…………………………………………………………………..

(ANTONINO ARREGLA EL INDICE )

PORCIACASO EN ANEXOS EMPIESA OTRA NUMERACIÓN

2

INTRODUCCIÓN

El presente trabajo es una aplicación de los temas de Estática aplicando cargas

distribuidas a un caso real que se presenta en el campo laboral del Ingeniero Civil.

Un puente es una construcción 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 otro obstáculo.

El diseño escogido es dependiendo de su función y la naturaleza del terreno sobre

el que esté construido.

El proyecto y cálculo pertenecen a la carrera de Ingeniería Civil, 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.

Nuestro trabajo se orienta al análisis estático de una parábola, la cual soporta

dichas cargas por medio de los cables del “Puente Bolognesi”, en la ciudad de

Piura, siendo un modelo de puente de arco con el fin de proponer alternativas de

solución en el caso que sea desfavorable.

Cuando existe sobrepeso en el “Puente Bolognesi”, ya sea por congestionamiento

de tránsito o por un vehículo con gran carga, esto viene a ser el caso

desfavorable; y cuando la carga de los vehículos es soportada, es el caso

favorable.

Para ello se hicieron los cálculos necesarios para determinar la carga total de los

estribos y cables sobre la plataforma y arco.

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PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA:

¿De qué manera se puede calcular las fuerzas cortantes y momentos en el puente Bolognesi de Piura?

HIPÓTESIS:

Con los métodos de seccionamiento, nodos y el principio de equilibrio, vamos a

poder resolver los parámetros de dicho puente, porque con ello podemos

encontrar el comportamiento de los momentos cortantes y el momento flexor que

actúan en el puente.

Ante esto, nosotros, como estudiantes del tercer ciclo de la carrera de Ingeniería Civil, en

el curso de ESTÁTICA, analizaremos la resistencia DEL “PUENTE BOLOGNESI” para

determinar su carga máxima soportada con el fin de dar alternativas de solución para un

caso desfavorable, las cual puede ser incrementar la resistencia en la zapata o en la

estructura del arco en la que aplicando nuestros conocimientos de estática al campo de la

ingeniería civil; lo que nos permitirá resolver nuestra situación problemática y proponer un

mecanismo que mejore el proceso de construcción de un puente.

OBJETIVOS:

General :

Encontrar las cargas distribuidas y fuerzas que actúan en toda la armadura del puente

Específicos :

Poner en práctica la teoría del curso estática par la aplicación de nuestro ejercicio a desarrollar

Encontrar el momento cortante y el momento flector en la plataforma del puente con carga vehicular

Analizar las cargas distribuidas en los estribos cuando está sometido a un peso

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Encontrar el esfuerzo que generan las tenciones en el arco cuando estas están sometidas a una carga.

MARCO TEÓRICO:

a) DIAGRAMA DE CUERPO LIBRE (DCL):

Es un diagrama vectorial que describe todas las fuerzas que actúan sobre un cuerpo u

objeto en particular. Consiste en colocar la partícula en el origen de un plano de

coordenadas, y representar a las fuerzas que actúan sobre ella por medio de los

vectores correspondientes, todos concurrentes en el origen. La mayor aplicación de

los DCL es visualizar mejor el sistema de fuerzas que actúan sobre un cuerpo;

además, se identifican mejor las fuerzas pares, como la de acción - reacción y las

componentes de las fuerzas. Si en un sistema existen dos o más cuerpos de interés,

éstos se deben separar y cada uno tiene un DCL propio con sus respectivas fuerzas

actuando.

b)PRIMERA CONDICIÓN DE EQUILIBRIO:

Un cuerpo se encuentra en equilibrio de traslación si la fuerza resultante de todas las

fuerzas externas que actúan sobre él es nula.

Matemáticamente, para el caso de fuerzas coplanarias, se debe

cumplir que la suma aritmética de las fuerzas o componentes que

tienen dirección positiva del eje X es igual a la suma aritmética de

las que tienen dirección negativa del mismo. Análogamente, la

suma aritmética de las fuerzas o componentes que tienen dirección

5

positiva del eje Y es igual a la suma aritmética de las que tienen dirección negativa del

mismo.

FUERZA DE TRACCIÓN

La fuerza de tracción es el esfuerzo a que está sometido un cuerpo por la aplicación de

dos fuerzas que actúan en sentido opuesto, y tienden a estirarlo.

En un puente colgante la fuerza de tracción se localiza en los cables principales.

Un cuerpo sometido a un esfuerzo de tracción sufre deformaciones positivas

(estiramientos) en ciertas direcciones por efecto de la tracción.

La fuerza de tracción es la que intenta estirar un objeto (tira de sus extremos fuerza que

soportan cables de acero en puentes colgantes, etc.)

El hecho de trabajar a tracción todos los componentes principales del puente colgante ha

sido causa del escaso desarrollo que ha tenido este tipo de puente hasta el pasado siglo;

así, ha permanecido en el estado primitivo que a un se encuentra en las zonas

montañosas de Asia y América del Sur (simples pasarelas formadas por trenzados de

fibras vegetales) hasta que se dispuso de materiales de suficiente resistencia y fiabilidad

para sustituirlas.

Cada material posee cualidades propias que definen su comportamiento ante la tracción.

Algunas de ellas son:

• Elasticidad

• Plasticidad

• Ductilidad

• Fragilidad

FUERZA DE COMPRESIÓN

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La fuerza de compresión es la resultante de las tensiones o presiones que existe dentro

de un sólido deformable o medio continuo, caracterizada porque tiende a una reducción

de volumen o un acortamiento en determinada dirección.

La fuerza de compresión es la contraria a la de tracción, intenta comprimir un objeto en el

sentido de la fuerza.

La fuerza de compresión es un estado de tensión en el cual las partículas se aprietan

entre sí. Una columna sobre la cual se apoya una carga, se halla sometida a una

solicitación a la compresión.

Compresión es el estado de tensión en el cual las partículas se "aprietan" entre sí. Una

columna sobre la cual se apoya un peso se halla sometido a compresión, por ese motivo

su altura disminuye por efecto de la carga.

Las deformaciones provocadas por la compresión son de sentido contrario a las

producidas por tracción, hay un acortamiento en la dirección de la aplicación de la carga y

un ensanchamiento perpendicular a esta dirección, esto debido a que la cantidad de masa

del cuerpo no varía. Las solicitaciones normales son aquellas fuerzas que actúan de

forma perpendicular a la sección; por lo tanto, la compresión es una solicitación normal a

la sección ya que en las estructuras de compresión dominante la forma de la estructura

coincide con el camino de las cargas hacia los apoyos, de esta forma, las solicitaciones

actúan de forma perpendicular provocando que las secciones tienden a acercarse y

"apretarse".

FUERZA DE CORTANTE

La tensión cortante o tensión de corte es aquella que, fijado un plano, actúa tangente al

mismo. Se suele representar con la letra griega tau .En piezas prismáticas, las tensiones

cortantes aparecen en caso de aplicación de un esfuerzo cortante o bien de un momento

flector

En piezas alargadas, como vigas y pilares, el plano de referencia suele ser un paralelo a

la sección transversal (i. e., uno perpendicular al eje longitudinal). A diferencia del

esfuerzo normal, es más difícil de apreciar en las vigas ya que su efecto es menos

evidente.

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c) PUENTES:

Los puentes son estructuras que los seres humanos han ido construyendo a lo largo

de los tiempos para superar las diferentes barreras naturales con las que se han

encontrado y poder transportar así sus mercancías, permitir la circulación de las

personas y trasladar sustancias de un sitio a otro.

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. Al momento de analizar el diseño de un puente, la calidad del

suelo o roca donde habrá de apoyarse y el régimen del río por encima del que cruza

son de suma importancia para garantizar la vida del mismo.

d) TIPOS DE PUENTES:

Básicamente, las formas que adoptan los puentes son 5, que, por otra parte, están

directamente relacionadas con los esfuerzos que soportan sus elementos

estructurales y constructivos. Estos son:

Puente atirantado

Puente viga,

Puente de ménsula,

Puente de arco,

Puente colgante

Fig.1Tipos de puentes

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En Viga En Ménsula En Arco

Colgante Apuntalado

Atirantado

PUENTES DE ARCO:

Están constituidos básicamente por una sección curvada hacia arriba que se apoya

en unos soportes o estribos y que abarca una luz o espacio vacío. En ciertas

ocasiones el arco es el que soporta el tablero del puente sobre el que se circula,

mediante una serie de soportes auxiliares, mientras que en otras de él es del que

depende el tablero mediante la utilización de tirantes. La sección curvada del puente

está siempre sometida a esfuerzos de compresión, igual que los soportes, tanto del

arco como los auxiliares que sustentan el tablero. Los tirantes soportan esfuerzos de

tracción.

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Fig.2: Puente de arco en EE.UU Fig.3: Puente de las Américas

Un puente de arco es un puente con apoyos a los extremos de la luz, entre los

cuales se hace una estructura con forma de arco con la que se transmiten las

cargas. El tablero puede estar apoyado o colgado de esta estructura principal, dando

origen a distintos tipos de puentes ya que da lo mismo.

Los puentes en arco trabajan transfiriendo el peso propio del puente y las

sobrecargas de uso hacia los apoyos mediante la compresión del arco, donde se

transforma en un empuje horizontal y una carga vertical.

Normalmente la esbeltez del arco (relación entre la flecha máxima y la luz) es alta,

haciendo que los esfuerzos horizontales sean mucho mayores que los verticales. Por

este motivo son adecuados en sitios capaces de proporcionar una buena resistencia

al empuje horizontal.

PUENTE DE ARCO ATIRANTADO:

Un puente en arco atirantado (en inglés:

Tied-arch bridge) es un tipo de puente en

arco en el que las fuerzas horizontales del

arco, o cuerda superior, son transmitidas

por la tensión de la cuerda inferior (ya sea

por tirantes o por el propio tablero), en

lugar de ir hacia el suelo o los cimientos

del puente.

Los empujes hacia abajo en el tablero se traducen, como tensión, por fuerzas

verticales del tablero a la cuerda superior curvada, que tienden a aplanarla, y por

lo tanto, presionan a sus extremos hacia fuera, hacia los estribos, al igual que en

otros puentes en arco. Sin embargo, en un puente en arco atirantado, estos

movimientos están restringidos, no por los estribos, sino por la cuerda inferior, que

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une estos puntos, tomando los empujes como tensión, algo así como la cuerda de

un arco que está siendo aplastado.

Por eso a este diseño a veces también se le llama «puente en arco de cuerda» o

«puente de viga en cuerda»

La eliminación de las fuerzas horizontales en el estribo permite que este tipo de

puentes se construyan con cimentaciones menos sólidas, por lo que se pueden

situar sobre pilonas elevadas o en áreas de suelos inestables.1 Además, ya que

su integridad no depende de las fuerzas de compresión horizontales, los puentes

en arco atirantados pueden ser prefabricados fuera del sitio, y posteriormente ser

colocados en su sitio, bien transportándolos flotando, arrastrados o izándolos. Un

caso notable de estos procedimientos fue la instalación del puente Fremont, en

Portland, Oregón.

Cuando la distancia a salvar es grande pueden estar hechos con una serie de arcos,

aunque ahora es frecuente utilizar otras estructuras más económicas. Los antiguos

romanos ya construían estructuras con múltiples arcos para

construir puentes y acueductos.

Este tipo de puentes fueron inventados por los antiguos griegos, quienes los construyeron

en piedra. Más tarde los romanos usaron cemento en sus puentes de arco. Algunos de

aquellos antiguos puentes siguen estando en pie. Los romanos usaron solamente puentes

de arco de medio punto, pero se pueden construir puentes más largos y esbeltos

mediante figuras elípticas o de catenaria invertí

1.- PUENTES DE ARCO DE COMPRESION SIMPLE:

1.1.-VENTAJAS CON EL USO DE MATERIALES SIMPLES:

La piedra y muchos materiales similares son resistentes a los esfuerzos de compresión, y

algo en los de cizalladura (cortadura). Pero en esfuerzos de tracción son muy débiles, por

eso muchos puentes en arco están diseñados para trabajar constantemente bajo

compresión.

En la construcción, cada arco se construye sobre una cimbra provisional con forma de

arco. En los primeros puentes de arco en compresión, una piedra llave (clave) en el medio

11

del arco, distribuye el peso al resto del puente. Cuanto más peso se pone en el puente,

más fuerte se hace la estructura. Los puentes en arco de albañilería usan una cantidad de

relleno (típicamente cascajo y grava compactados) sobre el arco para aumentar el peso

muerto sobre el puente y así prevenir que haya puntos del arco que entren en tracción, lo

que podría ocurrir cuando las cargas se mueven a través del puente.

También se utilizan para construir este tipo

de puentes el hormigón en masa (no

armado) y el ladrillo. Cuando se usa

cantería (piedra cortada) se cortan los

ángulos de las caras para minimizar los

esfuerzos cortantes. Cuando se usa

mampostería (piedras sin cortar ni preparar)

se usa un mortero entre ellas y el mortero

se aplica y se deja endurecer antes de retirar la cimbra.

Fig.4 Puente de la Vicaria

Fig.5 Estructuras metálicas

1.2 SECUENCIA DE

CONSTRUCCIÓN

Cuando los arcos se cimientan en el

fondo de una corriente de agua o un

río, el agua se desvía y se excava la

arena hasta llegar a suelo firme. A

menudo la cimentación se hace por pilotes. Desde esta cimentación, se levantan las

pilas hasta la base de los arcos.

Después se fabrican las cimbras provisionales, normalmente con maderas y tablas.

Desde cada arco de un puente multi-arco se transmitirán unas cargas sobre sus

vecinos, por esto, es necesario construir todos los arcos al mismo tiempo (y al mismo

ritmo), para que las fuerzas que se produzcan, se compensen entre arcos

consecutivos. Las cargas que producen los arcos de los extremos del puente se

transmiten al terreno por los cimientos en los taludes laterales del río o cañón, o bien

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con grandes cuñas formando rampas a las entradas en el puente, que también

pueden estar formadas por más arcos.

Fig.6 Modelo constructivo

La mayoría de arcos se construyen simultáneamente en la cimbra; cuando la

estructura básica de cada arco está construida, el arco se estabiliza con un relleno

interior de albañilería entre los arcos formando unas paredes a los laterales del

puente, que pueden estar dispuestas en horizontal formando también los muros

laterales. Una vez formadas estas dos paredes se rellena el interior con material

suelto y cascajo.

Finalmente se pavimenta la vía y se construyen los muros quitamiedos.

Fig.7 Muros quitamiedos

2.-ACUEDUCTOS Y CANALES:

A veces, en algunas zonas es necesario unir dos

puntos distantes con un puente a gran altura, como

cuando es un canal o un suministro de agua y se

debe cruzar un valle. En vez de construirse arcos

muy grandes o columnas de soporte muy altas

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(difícil cuando se usa piedra), se construyen series de estructuras en arco, unas sobre las

otras, con estructuras más anchas en la base. Los ingenieros civiles romanos

desarrollaron y refinaron mucho el diseño y construcción de estas estructuras usando

solamente materiales, equipamiento y matemáticas simples. Estas construcciones se

siguen usando en viaductos de canales y carreteras como también tiene una forma

agradable, particularmente cuando se cruza una vía de agua, y los reflejos de los arcos

forman una impresión visual de ser arcos o elipses. Fig.8 Viaducto de Garabit,

Francia

2.1 USO DE MATERIALES MODERNOS:

Muchos de los puentes en arco están hechos con hormigón armado. Este tipo de puentes

es posible construyendo un encofrado (con una estructura provisional similar a los

puentes de piedra) que soporte el hormigón fresco y las armaduras. Cuando el hormigón

ha adquirido la suficiente resistencia, se procede al desencofrado, eliminando toda la

estructura provisional.

Muchos puentes modernos, hechos de acero u hormigón armado, poseen forma de arco y

tienen parte de su estructura cargada en tensión, pero esto posibilita una reducción o

eliminación de la carga horizontal ejercida contra los contrafuertes, permitiendo su

construcción en suelos más débiles. Estructuralmente no son verdaderos arcos, más bien

vigas con forma de arco.

Una evolución moderna de los puentes en arco es el puente de arco en compresión de

pista colgante. Este tipo ha sido posible por el uso de materiales ligeros que sean fuertes

a tracción, como el acero, hormigón armado y hormigón postensado.

Un puente en arco es el más antiguo y más fuerte de los puentes; algunos de ellos han

sobrevivido desde tiempos de los antiguos romanos. La mayoría de estos puentes ya no

son construidos en piedra, sino de partes estructurales de acero atornilladas entre sí,

posiblemente en combinación con otros puentes de distintos diseños.

Inicialmente, los puentes fueron hechos con madera y eran a menudo tan simples como

un tronco a través de un arroyo. Los Incas entonces comenzaron a usar puentes de

cuerda para ir de una montaña a otra. En la

época medieval, ganaron popularidad los

puentes de piedra o de arco. En el siglo cuatro

14

antes de Cristo se usaban cadenas de hierro para suspender los puentes en India. Los

puentes modernos, sin embargo, necesitan materiales especiales de construcción para

apoyar sus enormes tramos y alturas, y para ofrecer la resistencia necesaria para

garantizar la seguridad de los viajeros

Fig.9 El puente del puerto de Sidney

2.1.1 Piedra artificial y ladrillo:

Históricamente, los puentes de piedra han demostrado ser unos de los más fuertes y

duraderos de todos los puentes, pero el corte y procesamiento de la piedra necesaria

también los convierte en los más caros de construir. Por lo tanto, la piedra está siendo

sustituida por una réplica artificial de la piedra. Una vez más, debido a las limitaciones de

costo, su uso se limita a la superficie para los toques estéticos finales, y el ladrillo a

menudo reemplaza a la piedra donde las estructuras circundantes también usan

predominantemente este material.

Fig.10Piedra artificial y ladrillo

2.1.2 Hormigón

A pesar de verse suave y sin brillo en la superficie, el hormigón se ha convertido en el

material de construcción preferido para casi todas las estructuras del mundo, y los

puentes no son una excepción. La capacidad de verter el hormigón en cualquier forma o

tamaño lo hace ideal para la construcción de puentes, ya que no necesita de un corte o

moldeo. Para añadirle más fuerza, el hormigón es a menudo previamente comprimido y

reforzado con acero. En la superficie, el hormigón es propenso a la corrosión por el agua

salada y los contaminantes en el aire como el dióxido

15

de carbono y dióxido de azufre. Esto se remedia usando otros materiales para cubrir la

superficie.

Fig. 11 Hormigon

2.1.3 Acero

Aparte de ser utilizado para reforzar el hormigón, el acero es también muy utilizado como

un material de construcción primario para puentes. En los cables para los puentes

colgantes que se elevan suspendidos, es el principal material utilizado. Las resistencias a

la compresión y a la tracción del acero son de 10 a 100 veces el promedio del hormigón,

respectivamente, permitiendo que largos tramos de puentes reciban apoyo de un menor

número de columnas. Además, siendo un metal, el acero tiene una ductilidad, o capacidad

de doblarse, estirarse o deformarse sin romperse, mucho mayor al hormigón. Sin

embargo, la corrosión es una preocupación importante, y requiere un revestimiento de

aleación para protegerlo de los elementos.

Fig. 12 Acero inoxidable para puentes armadura de puentes de arco

2.1.4 Aluminio

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Aunque no es tan fuerte como el acero, el aluminio o

una de sus aleaciones reforzadas se utilizan como un

sustituto para los puentes que no requieren la

resistencia del acero. También es resistente a la

corrosión y más atractivo estéticamente. Las hojas de

aluminio son a veces utilizadas como material para la

superficie de los puentes construidos con otros

materiales, como se menciona en el artículo "Influencia

de los materiales de construcción de puentes".

Fig.13 placas de aluminio

3.- VENTAJAS DE UN PUENTE DE ARCO ATIRANTADO:

Los fundamentos del puente colgante se encuentran en el antiguo diseño del puente

colgante Inca. En el mundo moderno, el puente de arco más largo es de Akashi Kaikyo de

Japón, que se extiende por 6432 pies (1929 m).

Fig. 14 Akashi Kaikyo de Japón

Un puente de arco es una estructura semicircular con los estribos en cada extremo. El

diseño del arco, el semicírculo, desvía naturalmente el peso de la cubierta del puente

hacia los estribos. Compresión. Los puentes de arco están siempre bajo compresión. La

fuerza de la compresión empuja hacia fuera a lo largo de la curva del arco hacia los

estribos. Tensión. La tensión en un arco es insignificante.

La curva natural del arco y su capacidad de disipar la fuerza hacia fuera reduce

grandemente los efectos de la tensión en la superficie inferior del arco. Cuanto mayor es

el grado de curvatura (cuanto más grande es el semicírculo del arco), sin embargo,

mayores son los efectos de la tensión en el superficie inferior

Ventajas económicas

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El área abarcada por un puente de arco es muy larga en proporción a la cantidad de

materiales exigidos para la construcción de puentes.

Ventaja en la altura

Construidos sobre vías navegables, los puentes de arcos pueden construir elevados,

permitiendo el paso de barcos altos sin obstáculos causados por el puente.

Ventajas de la construcción

Durante la construcción, los soportes centrales temporales no necesitan construirse, y el

acceso a la construcción no exige que sea por debajo. Esto significa que las carreteras

concurridas y las vías no necesitan ser interrumpidas.

Ventajas y desventajas de flexibilidad

La flexibilidad agregada de los puentes de arco les permite flexionarse bajo el poder de

los vientos y terremotos. Sin embargo, los puentes de arco pueden ser inestables en

condiciones extremadamente turbulentas, con casos extremos que exijan el cierre

temporal del puente.

Desventajas de la fundación

Cuando son construidos en un terreno blando, los puentes de arco exigen trabajos

costosos y extensos de cimentación para combatir los efectos de la carga pesada en las

torres de la fundación.

Cargas pesadas

La flexibilidad puede ser una desventaja para los puentes de arco, los cuales pueden

flexionarse bajo cargas pesadas y concentradas. Estos no se utilizan generalmente en los

cruces ferroviarios regionales que llevan las cargas máximas de peso, causando estrés

adicional en el puente.

18

Fig. 15 Puente de arco con armadura

4.- PARTES DE UN PUENTE DE ARCO ATIRANTADO

La superestructura o conjunto de tramos que salvan los vanos están situados entre los

soportes. Cada tramo de la superestructura está formado por un tablero o piso, una o

varias armaduras de apoyo y por las riostras laterales. El tablero soporta directamente las

cargas dinámicas y por medio de la armadura transmite las tensiones a pilas y estribos.

L a infraestructura está formada por:

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Fig. 16 infraestructuras de un puente de arco

4.1 PORTICO: Construcción que sostiene en el suelo el peso de una carga

suspendida

4.2 ARCO: Arco en en forma de bóveda sostenida por los estribos

4.3 TABLERO: Plataforma del puente conformado por la loza y la viga

4.5 CUERDA INFERIOR: Pieza de apoyo inferior

4.6 CUERDA SUPERIOR: Pieza de apoyo superior

4.7 PILAR: Pilón de mampostería que sirve el soporte

4.8 CLAVE O TENSORES: Es la sección perpendicular al arco (directriz), en el

punto más alto de su directriz. Directriz, es la línea que une los centros de

gravedad de las diferentes secciones transversales del arco, es el eje del arco.

4.9 ARRANQUE: Es la sección perpendicular al eje del arco en su punto más bajo,

siendo una sección común al estribo y al arco.

4.10 DOVELA: Es la porción de arco comprendida entre el extradós y el intradós

limitada por dos secciones transversales del arco.

4.11 EXTRADÓS: es la superficie exterior del arco.

4.12 INTRADÓS: es la superficie interior del arco.

4.5 ESTRIBOS: Situados en los extremos del puente sostienen los terraplenes

que conducen al puente. A veces son reemplazados por pilares hincados que

permiten el desplazamiento del suelo en su derredor. Deben resistir todo tipo de

esfuerzos por lo que suelen construir un hormigón armado y tener formas diversas.

ESTRIBO DE UN PUENTE

Un estribo o contrafuerte es la parte de un puente destinada a soportar el peso del

tablero.

Sus objetivos son los siguientes:

20

•Transmitir el peso a los cimientos.

•Mantener la disposición de la tierra.

•Unir la estructura a las vías de

acceso.

•Servir de apoyo a un arco dentro de

una estructura.

4.6 CIMIENTOS O APOYOS DE ESTRIBOS Y PILARES: Encargados de

transmitir al terreno todos los esfuerzos. Están formados por las rocas, terreno o

pilotes que soportan el peso de estribos y pilas.

4.7 LAS ARMADURAS: pueden trabajar a flexión (vigas), a tracción (cables) a

flexión y compresión (arcos y armaduras), etc.

Fig. 17 infraestructuras de un puente de arco

CADA TRAMO DE UN PUENTE CONSTA DE:

21

Una o varias armaduras de apoyo, pueden ser:

PLACAS, VIGAS Y JABALCONES: transmiten las cargas mediante flexión o

curvatura principalmente.

CABLES: la soportan por tensión.

VIGAS DE CELOSÍA: cuyos componentes las transmiten por tensión directa o por

comprensión.

ARCOS Y ARMADURAS RÍGIDAS: lo hacen por flexión y compresión a un

tiempo.

Un tablero o piso: Soporta directamente las cargas dinámicas (tráfico) y por medio

de las armaduras transmite sus tensiones a estribos y pilas, que, a su vez, las

hacen llegar a los cimentos, donde se disipan en la roca o en el terreno

circundante. Está compuesto por:

PLANCHAS

VIGAS LONGITUDINALES O LARGUEROS: sobre los que se apoya el piso.

VIGAS TRANSVERSALES: soportan a los largueros.

22

Fig. 18 Tipos de infraestructuras de un puente de arco

5.- PUENTE PROTOTIVO DE EVALUAR NUESTRO PROYECTO

PUENTE DE BOLOGNESI DE PIURA

Este puente conecta las ciudades de Piura y Castilla y atraviesa el río Piura.

El puente Bolognesi se sitúa en la ciudad de Piura, en el norte del Perú, y es uno de los

puentes que une las ciudades de Piura y Castilla. Durante el fenómeno El Niño de los

años 1997-1998 fue destruido, causando varias víctimas. El puente fue reconstruido en

los años 2000-2001. El nuevo puente, tipo arco atirantado, con una luz de 130 m, sin

apoyos al interior del río, se apoya en 4 Caissons de más de 20 m de profundidad que se

apoyan en la formación Zapayal. Se ha convertido en un hito importante en la ciudad. En

la margen derecha del río, a la entrada del puente se ha colocado un monumento

recordatorio de las víctimas fallecidas en el desmoronamiento del puente viejo.

Se denomina cimentación al conjunto de elementos

estructurales cuya misión es transmitir las cargas de la

edificación o elementos apoyados a este al suelo

distribuyéndolas de forma que no superen su presión

admisible ni produzcan cargas zonales. Debido a que la

resistencia del suelo es, generalmente, menor que la de los

pilares o muros que soportará, el área de contacto entre el

suelo y la cimentación será proporcionalmente más grande

que los elementos soportados (excepto en suelos rocosos

muy coherentes).

La cimentación es importante porque es el grupo de elementos que soportan a la

superestructura. Hay que prestar especial atención ya que la estabilidad de la

construcción depende en gran medida del tipo de terreno.

23

La formación Zapallal está constituida por capas de origen marino del Mioceno Superior,1

cubiertas por materiales aluviales, sedimentados por el río Piura, y depósitos provenientes

del desierto de Sechura, transportados estos últimos desde el sur por los vientos alisios.

En la zona donde se encuentra la ciudad de Piura, la formación Zapallal se encuentra a

una profundidad entre 10 y 20 m, con afloramientos localizados

Fig. 18 Tipos de infraestructuras de un puente de arco

Puente Bolognesi

País Perú

Localidad Piura

Coordenadas 05°12′03″S 80°37′31″O

Longitud 150m

Arquitectos C.Lotti & Associati Ing. Alfredo Bianco

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Geymet

Ingenieros Calculista: Ing. Hariton Dumitrescu

Tipo atirantados

Material Acero

Fig. 18 Tipos de infraestructuras de un

puente de arco

CARACTERISTICAS DE LA OBRA:

Tiene una extensión de 150 M cuenta 4 carriles + 2

veredas. La arquitectura fue diseñada por C.Lotti y

Associati ing. Alfredo Bianco Geymet Calculista: ing.

Hariton Dumitrescu. La supervision de consorcio

Sondotécnica - Serconsult. La construccion del puente

por sima perú y las pendolas por Samayca Ingenieros

S.A.C

Puente de arco atirantado ubicado en la ciudad de Piura, sobre el río del mismo nombre.

Une dicha urbe y el distrito de Castilla.

Tiene 150 metros de largo, por lo que es el mayor de su tipo en el país. Posee cuatro

carriles (dos en cada dirección) y veredas peatonales. Fue construido por el Servicio

Industrial de la Marina (SIMA) e inaugurado el año 200

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Gracias a su diseño, con apoyos únicamente en tierra firme, no está a merced de las

turbulentas aguas del río Piura, como lo estuvieron los tres puentes arrasados durante el

último Fenómeno del Niño, en el año 1998.

El puente Bolognesi funciona como enlace de las ciudades de Piura y Castilla,

atravesando el río Piura. Este puente guarda en sí mismo una trágica historia, durante el

fenómeno del niño (1997-1998) fue destruido causando varías víctimas mortales.

Por los años 2000-2001 fue reconstruido convirtiéndose en un puente más funcional y

estético. El nuevo puente está formado por un arco atirantado sin soporte en el interior del

río y con pozos de cimentación de más de veinte metros de profundidad que se apoyan

en la formación zapayal.

En la margen derecha del río, a la entrada del puente se ha colocado un monumento

recordatorio de las víctimas fallecidas con el desmoronamiento del puente viejo, que nos

hacen recordar esos malos momentos.

a. Caída del Puente Bolognesi

En 1998 Piura perdió al puente Bolognesi, cuya parte central cayó al cauce del rio Piura el

lunes 16 de marzo, esto causó la muerte de varias personas, cuyos cadáveres de

algunas, aún no han sido recuperados, lo mismo que vehículos.

Fue reconstruido en el año 2000, el nuevo puente tiene un arco atirantado son soporte en

el interior del rio. En este nuevo puente se puso una estatua de un ángel en memoria a los

20 piuranos que perdieron la vida el fatídico día de la caída del puente.

26

Fig. 19 PUENTE BOLOGNESI DE PIURA

INFRASTRUCTURA DEL PUENTE BOLOGNESI:

27

Fig. 20 Observamos el armado de la estructura

Fig. 21 En proceso de terminar la estructura

VENTAJSA Y DESVENTAJAS DEL PUENTEMETALICO DE BOLOGNESI

VENTAJAS

CONSTRUCTIVOS:

Óptimo para encañonados y latas pendientes, donde no permite instalar apoyos temporales.

Facilidad para unir diversos miembros por medio de varios tipos de conectores como son la soldadura, los tornillos.

Rapidez de montaje

Gran capacidad de laminarse y en gran cantidad de tamaños y formas

Resistencia la fatiga.

AMBIENTALES:

No contaminan el medio ambiente

No requiere la utilización de los recursos naturales

Se minimizan los residuos que afectan el entorno ecológico.

28

El acero es 100% reciclable

ECONOMICAS:

Disminución de cargas muestras entre 40% a 50% reduciendo los costos en cimentación.

Beneficios económicos para la región por el plazo reducido de la obra

Menores costos para ampliación de capacidad.

DESVENTAJAS:

Requieren mantenimiento frecuente al estar expuestos a los cambios climáticos como:

Corrosión

Protección contra el fuego

Protección contra el fuego

DESARROLLO DEL PROYECTO

Hallamos la ecuación del arco a partir de la cantidad de tirantes que existen, distancia del puente y el punto máximo de la parábola:

Dónde:

Cantidad de tirantes = 17

Distancia del puente = 150m

29

Distancia entre cables = 150/18 = 8.33

Altura del arco = 30m

Tabulamos:

x Y

0 0

8.33 7.17

16.66 13.08

24.99 17.82

33.32 21.7

41.65 24.77

49.98 27.09

58.31 28.72

66.64 29.68

74.97 30

83.3 29.68

9.63 28.72

99.96 27.09

108.29 24.77

116.62 21.7

124.95 17.82

133.28 13.08

141.61 7.17

149.98 0

30

Lo cual nos bota la ecuación de la parábola y=−0.0053 x2+0.7908 x+0.8123:

D.C.L. del puente:

Calculo de los esfuerzos en los estribos A y B con cargas:

*W arc. esdespreciable

∑M A=0

31

0 20 40 60 80 100 120 140 1600

5

10

15

20

25

30

35

f(x) = − 0.00527421941622223 x² + 0.790816459268361 x + 0.812255639097703

−(2.5∗18∗(66+9 ) )−(150∗9.66∗75 )+(B y∗150)=0

B y=3375+108750

150

B y=747Tn

∑ F y=0

A y+By−9.66∗150−18∗2.5=0

A y=1450+45−747

A y=748Tn

∑ F x=0

Ax=0

Cálculo de Tenciones:

Como el puente es simétrico y existe equilibrio, entonces las fuerzas halladas a la mitad del puente van a ser iguales a la otra mitad:

Se tiene que hallar las fuerzas en el arco por lo cual se tendrá que seccionar y dar una serie de fuerzas las cuales moldeen la parábola:

32

Usando el método de sección de nodos vamos a hallar cada fuerza, ya que el peso de la plataforma se reparte en 9 tenciones:

El peso en cada tención es:

W=9T 9.66∗75=9T T=80.5Tn

En el primer seccionamiento podemos hallar:

tan a=7.178.33

a=40.72 °

∑MC=0

−A y∗8.33+F A1∗8.33∗sin 40.72=0

33

F A1=6230.84

5.43=1146.6Tn

∑ F y=0

A y−80+T 1−FA 1∗sin 40.72=0

T 1=748+80−748=80Tn

∑ F x=0

CD=F A1∗cos40.72

CD=869.02Tn

En el segundo seccionamiento podremos hallar:

tan a=13.08−7.178.33

a=35.35 °

∑MC=0

−A y∗16.66+80+8.33−T 1∗8.33+F12∗13.08∗cos35.35 °=0

F12=12461.68110.67

F12=1167.92Tn

∑ F y=0

34

A y−80−80+T1+T 2−1167.92∗sin 35.35 °=0

T 2=−748+80+675.72

T 2=7.72Tn

∑ F x=0

DE=F12∗cos35.35 °

DE=1167.92∗cos35.35

DE=952.59Tn

En el tercer seccionamiento podremos hallar:

tan a=17.82−3.088.33

a tan−1 0.57

a=29.68 °

∑M E=0

−A y∗24.99+80 (16.66+8.33−16.66 )−7.72∗8.33+F12∗17.82∗cos29.68 °=0

F23=18692.52−666.4+64.31

15.48

F23=1168.63Tn

∑ F y=0

748−3∗80+80−7.72−T3−1168.63∗sin 29.68 °=0

−T 3=−748+80+80−7.72+578.65

−T 3=−17.07

T 3=17.07

35

∑ F X=0

EF=F23 cos29.68 °

EF=1015.31Tn

En el cuarto seccionamiento podremos hallar:

tan a=21.7−17.828.33

a=tan−1 0.47

a=25.17 °

∑M F=0

−A y∗33.32+80 (24.99−24.99+16.66+8.33 )−7.72∗16.66+17.07∗8.33+F34∗21.7∗sin 25.17=0

F34=24923.36−1999.2+128.62−142.19

9.23

F34=2482.19Tn

∑ F y=0

748−4∗80+80+7.72−17.07+T4−2482.19∗sin 25.17 °=0

T 4=1050.69−748+240−7.72+17.07

36

T 4=557.04

∑ F x=0

FG=F34∗cos25.17 °

FG=2246.5Tn

En el quinto seccionamiento podremos hallar:

tan a=24.77−21.78.33

a=tan−1 0.37

a=20.23 °

∑MG=0

−Ax∗41.65+80 (24.99+16.66+8.33 )−7.72∗24.94+17.07∗16.66−557.04∗8.33+F45∗24.77∗cos20.23=0

F45=31154.2−3998.4+192.92−284.39+4640.14

23.24

F45=31704.4

23.24

F45=1364.22Tn

∑ F y=0

748−4∗80+7.72−17.07+T 5−1364.22∗sin 20.23°=0

T 5=53.08Tn

37

∑ F x=0

GH=F45∗cos20.23 °

GH=1280.06Tn

En el sexto seccionamiento podremos hallar:

tan a=27.09−24.778.33

a=tan−1 0.28

a=15.56 °

∑M H=0

−Ax∗49.98+80 (33.32+24.99+16.66+8.33 )−7.72∗33.32−17.07∗24.99−557.04∗16.66−53.08∗8.33+F56∗27.09∗cos15.56 °=0

F56=37385.04−6664+257.23−426.58+9280.29+442.15

26.1

F56=1543.07Tn

∑ F y=0

748−5∗80+7.72−17.07−T6+557.04+53.08−1543.07∗sin 15.56 °=0

−T 6=−551.92Tn

T 6=551.92Tn

∑ F x=0

38

HI=F56∗cos15.56 °

HI=1486.49Tn

En el sétimo seccionamiento podremos hallar:

tan a=28.22−27.098.33

a=tan−1 0.14

a=7.97 °

∑M I=0

−Ax∗58.31+80 ( 41.65+33.32+24.99+16.66+8.33 )−7.72∗41.65−17.07∗33.32−557.04∗24.99−53.08∗16.66+F67∗28.32∗cos7.97 °=0

F67=43615.88−9996+3321.54−568.77+13920.43+884.31−4597.49

28.1

F67=1550.9Tn

∑ F y=0

748−6∗80+7.72−17.07+557.04+53.08−551.92−1550.9 sin 7.97 °=0

T 6=101.91Tn

∑ F x=0

IJ=F67∗cos7.97 °

IJ=1535.92Tn

39

En el octavo seccionamiento podremos observar una de las cargas de un camión de 5 ejes:

tan a=29.68−28.778.33

a=tan−1 0.11

a=6.23 °

∑M J=0

−Ax∗66.64+80 (8.33+16.66+24.99+33.32+41.65+49.98 )−7.72∗49.98+17.07∗41.65−557.04∗33.32−53.08∗24.99+551.92∗16.66−101.81∗8.33+F78∗29.68∗cos 6.23=0

¿ 49846.72−13994.4+385.84−710.96−18560.57+132381−9194.99+848.0829.50

F67=812.47Tn

∑ F y=0

748−6∗80−95+1.72−17.07+557.04+53.08−551.92+101.81−T 8−812.47∗sin 6.23=0

−T 8=−1007.75Tn

T 8=1007.75Tn

∑ F x=0

JK=F78∗cos6.23 °

JK=807.67Tn

40

En el noveno seccionamiento podremos observar una de las cargas de un camión de 5 ejes:

tan a=30−29.688.33

a=tan−1 0.04

a=2.2 °

∑M K=0

−Ax∗78+80 (58.23+49.98+41.65+33.32+24.99+16.66+8.33 )−7.72∗58.31+17.07∗49.98−557.04∗41.65−53.08∗33.32+551.92∗24.99−101.81∗16.66−F89∗30∗cos2.2=0

¿ 56100−18658.4+450.15−853.16+23200.72+1768.63−13792.48+1696.15−83903929.98

F89=1717.37Tn

∑ F y=0

748−80∗6−2∗95+7.72−17.07+57.04+53.08−551.92+101.81−1007.75+T 9+¿0

T 9=845.02Tn

41

42

Fig.22 DISEÑO DEL PUENTE

43

RESULTADOS O CONCLUSIONES

ANTONINO LOS RESULTADOS

44

FACTORE DEL ESTUDIO DEL PUENTE DE PIURA:

FIG.23 IMAGEN CATRASTRAL DE LA UBICACIÓNDEL RÍO

45

FIG.24 RIVERA DEL RÍO DE PIURA

46

FIG.26 PUENTE BOLOGNESI DE PIURA

FIG.27 ARMADURA DEL PUENTE BOLOGNESI

47

BIBLIOGRAFIA Y/O LINKOGRAFÍA

-Citado el 20 de Mayo:http://www.ehowenespanol.com/ventajas-desventajas-

puente-colgante-hechos_77700/

-Fuente: http://www.arqhys.com/construccion/arco-puente.html

-Citado el 19 de Junio:http://peru.travelguia.net/el-puente-%E2%80%9Cbolognesi

%E2%80%9D-un-puente-con-historia.html

-Citado 22 de Junio http://www.viasatelital.com/mapas/Puente%20boloognesi.htm

Citadoel25dejuniohttp://seguros.riesgoycambioclimatico.org/conversatorio2012/

infraestructuras.pdf

-Citado el 28 de Juni http://www.viasatelital.com/mapas/Puente%20boloognesi.htm

48

ANEXOS:

49

FIG.1 MATERILAES A UTILIZAR PARA LA

ELABORACIÓN DE LA MAQUETA

FIG.2 PEGANDO LOS PALITOS DE CHUPETE PAR LA FORMACIÓN DE LOS ESTRIVOS

50

FIG.3 ARMANDO LA PLATAFORMA

DEL PUENTE

FIG.3 COLOCANDO PEGAMENTO PARA LA

CONSISTENCIA DEL ARMADO

51

FIG4 BAÑANDO DE GOMA A LAS ESTRUCTURAS

FIG.5 ARMANDO LA PLATAFORMA

DEL PUENTE

52

FIG.6 ARMANDO EL ARCO DEL

PUENTE

FIG.7 PINTANDO LA ESTRUCTURA CON TEMPERA DE PLATEADO

53

FIG.8 PEGANDO LA ESTRUCTURA CON

CILICONA

FIG.9 DEJANDO PEGAR LA

ESTRUCTURA

FIG10 TOMANDO UN AFOTO AL SECADO

DE LA MAQUETA

54

FIG10 TOMANDO UN AFOTO AL SECADO

DE LA MAQUETA

FIG.10 APRECIACION DE

LA FORMA Y DISEÑO DEL ARCO

FIG.11 PROTOTIPO FINAL DEL PUENTE

BOLOGNESI

55

FIG.11 PROTOTIPO FINAL DEL PUENTE

BOLOGNESI

FIG.12 VISTA SUPERIOR

DE LA MAQUETA