PUENTES FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL - ULADECH

PUENTES FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL - ULADECH

FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL

NOMBRE DEL ESTUDIANTE : EDWIN JULIAN ALAVE VALDIVIA

CODIGO : 3201111009

ASIGNATURA : PUENTES

CICLO : VII

CARRERA PROFESIONAL : INGENIERIA CIVIL

DOCENTE TUTOR : ING. ING. JOHANNA DEL C. SOTELO URBANO

TACNA - 2015

GENIERA ESTRUCTURAL

1. INTRODUCCINEl termino ingeniera estructural se aplica a la especialidad de la ingeniera civil que permite el planeamiento y el diseo de las partes que forman el esqueleto resistente de las edificaciones ms tradicionales como edificios urbanos, construcciones industriales, puente, estructuras de desarrollo hidrulico y otras.El esqueleto estructural forma un sistema integrado de partes, denominadas elementos estructurales: vigas, columnas, losas, zapatas de cimentacin y otros. A menudo se requiere resolver problemas de elevada complejidad que se resuelven mediante tcnicas de elementos finitos que obligan a penetrar en los calculo diferencial e integral de diversas variables, temas de lgebra lineal, ecuaciones diferenciales y mtodos numricos.

El Ejercicio ProfesionalLa actividad profesional del ingeniero estructural se inicia con un bosquejo arquitectnico de la futura edificacin, en el cual se comienzan a definir las dimensiones generales tanto en planta como en alzado. Compara las alternativas referentes al material bsico de construccin: la conveniencia de usar concreto reforzado o preesforzado, acero, madera, mampostera confinada o reforzada, aluminio u otras posibilidades mas recientes. Asimismo define previamente las dimensiones longitudinales y transversales de los elementos estructurales. En la ingeniera estructural de las obras urbanas, el trabajo entre arquitectos e ingenieros resulta a menudo inseparable.Definidas las caractersticas geomtricas preliminares se pasa al proceso de predimensionamiento de los elementos estructurales: dimensiones de las vigas y columnas, caractersticas de la cimentacin, definicin de escaleras, muros de contencin, posicin de ductos de aire acondicionado. Luego se evala las cargas que soportara la edificacin: cargas muertas que son cargas que no varan dentro de la estructura ni a lo largo del tiempo; cargas vivas que varan en espacio o en el tiempo, por el ejemplo, el peso de los ocupantes y los muebles.El ingeniero a cargo debe analizar las fuerzas de reaccin y deformaciones que del esqueleto resistentes debido a las cargas. Para esto muchos ingenieros. Muchos ingenieros disponen de programas computarizados en sus oficinas para la solucin de los problemas corrientes. Algunos de los programas empleados tiene capacidades graficas que generan dibujos de las fuerzas internas y deformaciones para muchos estados de carga. Si las fuerzas internas ( torsin, momento flexor y cortante) obtenidas del anlisis resultan compatibles con las resistentes y las deformaciones se supone terminada la primera fase del procedimiento. Se pueden cometer errores al confiar demasiado en los resultados automatizados. Si algo falla y no hay quien revise el producto automatizado puede haber consecuencias como perdidas humanas y de capital.

2. Puentes

Puente, estructura que proporciona una va de paso sobre el agua, una carretera o un valle. Los puentes suelen sustentar un camino, una Carretera o una va frrea, pero tambin pueden transportar tuberas y lneas de distribucin de energa. Los que soportan un canal o conductos de agua se llaman Acueductos. Los puentes construidos sobre terreno seco o en un valle y formados por un conjunto de tramos cortos se suelen llamar viaductos; se llaman pasos elevados los puentes que cruzan las autopistas y las vas de tren. Un puente bajo, pavimentado, sobre aguas pantanosas o en una baha y formado por muchos tramos cortos se suele llamar carretera elevada.|

vigas. El Puente de Normanda, de 2.200m de longitud, inaugurado en 1995, atraviesa el estuario del Sena desde Le Havre a Honfleur, en Francia. Su tramo central tiene una longitud de 856m. Est diseado para soportar vientos de hasta 120 kilmetros por hora. El puente de Forth, sobre el estuario de Forth en Queensferry, Escocia, es un puente ferroviario de acero con dos tramos principales de 520m cada uno, y una longitud total de 1,6km; fue construido entre 1882 y 1890 por los ingenieros John Fowler y Benjamin Baker. El puente de Qubec, sobre el ro San Lorenzo (Qubec, Canad), terminado en 1917, tiene un tramo principal de 550m; soporta una carretera y una va de tren de dos carriles. El puente de Carquinez Strait, cerca de San Francisco, Estados Unidos, terminado en 1927, tiene dos tramos de 335m y unos tramos de anclaje de 152m; fue diseado para resistir terremotos. El puente Howrah, sobre el ro Hooghly en Calcuta, la India, tiene un tramo principal de 457m, y se inaugur en 1943. El Gran Puente de Nueva Orleans (1958) sobre el ro Mississippi (Estados Unidos) tiene un tramo principal de 480m. El Puente de Barrios de Luna sobre el embalse de Barrios de Luna, en Espaa, es el mayor puente del mundo atirantado de hormign. Entr en funcionamiento en 1985 y cubre una luz de 440 metros.

3. Edificaciones

Las cargas que soporta un edificio se clasifican en muertas y vivas. Las cargas muertas incluyen el peso del mismo edificio y de los elementos mayores del equipamiento fijo. Siempre ejercen una fuerza descendente de manera constante y acumulativa desde la parte ms alta del edificio hasta su base. Las cargas vivas comprenden la fuerza del viento, las originadas por movimientos ssmicos, las vibraciones producidas por la maquinaria, mobiliario, materiales y mercancas almacenadas y por mquinas y ocupantes, as como las fuerzas motivadas por cambios de temperatura. Estas cargas son temporales y pueden provocar vibraciones, sobrecarga y fatiga de los materiales. En general, los edificios deben estar diseados para soportar toda posible carga viva o muerta y evitar su hundimiento o derrumbe, adems de prevenir cualquier distorsin permanente, exceso de movilidad o roturas.Principales elementos de un edificio

4. Principios de ingeniera estructural en zonas ssmicasAntecedentes Durante tiempos histricos se tiene conocimiento de terremotos que han ocasionado destruccin en ciudades y poblados de todos los continentes de la tierra. Un elevado porcentaje de los centenares de miles de vctimas cobradas por los sismos, se debe al derrumbe de construcciones hechas por el hombre; el fenmeno sismo se ha ido transformando as en una amenaza de importancia creciente en la medida en que las reas urbanas han crecido y se han hecho ms densas. Las soluciones constructivas ms duraderas han sido aquellas capaces de resistir las acciones externas y del uso; entre las acciones externas, en vastas extensiones de nuestro planeta, deben incluirse las acciones ssmicas. Hasta hace poco, las soluciones adoptadas para resistir las acciones ssmicas se desarrollaron esencialmente analizando los efectos de los terremotos en las construcciones, sin el apoyo terico de causas y caractersticas de los sismos, ni de informacin cuantitativa sobre la naturaleza de los movimientos del terreno. Un ejemplo de adaptacin progresiva a las sacudidas telricas, lo constituye las edificaciones de la segunda capital de Guatemala, hoy mejor conocida como Antigua. Algunas de sus edificaciones, monumentos en la actualidad, han resistido con daos moderados las acciones de los sismos en una de las zonas ms activas de Centro Amrica, durante varios siglos; las soluciones constructivas, con muros de 4 y 5 m de grosor, bvedas de 60 cm de espesor, contrafuertes, columnas de esbeltez reducida, etc., fue el resultado de un proceso de prueba y error durante los siglos XVI, XVII y parte del XVIII. La incorporacin y desarrollo de la Resistencia de Materiales en el proyecto de las edificaciones facilit la prediccin cuantitativa del estado de tensiones en las construcciones. De igual modo la aplicacin de procedimientos de anlisis y la incorporacin del acero en la construccin, incrementaron sensiblemente la seguridad en las edificaciones. mediados del presente siglo, los problemas especficos de la Ingeniera Ssmica progresivamente dejan de ser resueltos en base a observaciones y comienza a desarrollarse una disciplina fundamentada sobre bases cientficas, con un cuerpo organizado de conocimientos, programas de investigacin para entender ciertos problemas no resueltos y una frtil interaccin entre ciencias bsicas de un lado (geofsica, sismologa), y la experiencia de ingenieros proyectistas y constructores por el otro.

Capacidad de prediccin La idea prevalente sobre el vocablo prediccin es el de un pronunciamiento determinstico sobre un evento futuro de naturaleza no determinstica tal como la magnitud, sitio, da y hora de un futuro sismo. Una revisin sobre este aspecto y sus implicaciones de prevencin, permite afirmar lo siguiente: a) No se poseen an teoras generales en base a las cuales se puedan hacer predicciones confiables sobre futuros sismos. De una manera general, la prediccin debe verse como una probabilidad condicional a ser revisada a medida que se produce nueva informacin.1 Para ello se requiere como mnimo: 1 Lo dicho tambin es aplicable a algunos aspectos de la Ingeniera Sismorresistente. La mayora de los Cdigos de diseo y mapas de zonificacin ssmica, que en su momento representaron la mejor prediccin sobre las acciones de diseo antissmico se han ido ajustando en el transcurso del tiempo y es previsible que ao sufran modificaciones. Con frecuencia estos cambios estn motivados, justificados y/o aceptados, como consecuencia de los efectos constatados de un determinado terremoto. b) La estrategia ms eficiente para limitar las prdidas materiales, es la de proyectar y construir utilizando racionalmente los conocimientos de la Ingeniera Sismorresistente. c) La experiencia demuestra que una vez admitida una prediccin, es posible tomar medidas de defensa civil que reduzcan sustancialmente el riesgo de prdidas de vidas as como de cierto tipo de prdidas indirectas.A los fines de la Ingeniera Estructural interesa enfocarnos en la capacidad de pronosticar la respuesta y el desempeo de edificaciones existentes bajo la accin de sismos. Es decir, dada una edificacin ubicada en cierto escenario ssmico, evaluar las consecuencias de esa exposicin. El esquema operativo de los algoritmos diseados para tal evaluacin es el que se da en el cuadro 1. Cuadro 1.

Caracterizacin del escenario ssmicoCaracterizacin de la edificacin expuestaRespuestaVulnerabilidad a sismosConsecuencias de la exposicinLa secuencia anterior es vlida, tanto para e edificaciones como para conjuntos dispuestos en una o ms localidades.

Desempeo inadecuado En el proyecto de edificaciones que puedan quedar sometidas a acciones ssmicas, es fundamental entender su comportamiento probable: cmo se va a deformar, cuales son sus regiones crticas y, sobre todo, evitar fallas prematuras que limiten la reserva resistente de la estructura. En aquellos casos donde sea previsible que la estructura entre en el rango inelstico, debe garantizarse una conducta dctil. El golpeteo entre edificaciones adyacentes ha sido la causa de daos importantes y fallas prematuras de edificaciones de varias plantas, en especial cuando estas se encuentran a diferente nivel. Los grandes paos de pared de mampostera no reforzada deben evitarse, pues se ha demostrado en mltiples ocasiones que resultan inestables durante sacudidas ssmicas intensas. Por ejemplo, los muros de mampostera de fachada de la unidad de reuniones del Centro Mdico de Mxico, sin refuerzos y uniones, perdieron estabilidad con el terremoto del 19 de Septiembre de 1985.

Estrategia de las normas vigentes A diferencia de otras sobrecargas, los sismos generan acciones dinmicas de signo alternante; es decir, las oscilaciones de la edificacin durante su respuesta, superponen a las solicitaciones debidas a la gravedad terrestre otras de signo alternante (pueden ser momentos flectores, fuerzas axiales o fuerzas cortantes). Bajo la accin de sismos fuertes, de la intensidad prevista en las normas, se admiten daos estructurales importantes. Estos pueden incluso llegar a ser tan importantes que, sin alcanzar el estado de ruina o inestabilidad, requieran la demolicin de la edificacin.

Seleccin del sitio Los bordes de mesetas excepcionales por su vista panormica presentan mayor azarosidad cuando se encuentran en reas amenazadas por sismos, especialmente son evidentes los fenmenos de inestabilidad de sus taludes por otras acciones naturales. Algo similar puede decirse de las zonas al pi del talud. En algunas normas se exige la evaluacin de la estabilidad del talud cuando la edificacin se encuentra en sus cercanas. Fenmenos de licuefaccin en suelos sueltos saturados son frecuentes en las riberas de ros. Las pilas de este puente rotaron bajo la accin de un sismo y el tablero simplemente apoyado del lado derecho se hundi en el ro. En reas de topografa abrupta se observa un mayor movimiento del terreno. Tal es el caso de rea del Canal Beagle, en Via del Mar, donde un conjunto de edificaciones nominalmente iguales ubicadas en el tope de un cerro, sufrieron daos importantes como consecuencia del terremoto de Marzo de 1985, a diferencia de otras iguales ubicadas al pi del cerro, que no se daaron.

Acciones de diseo Aceleracin mxima del terreno Las acciones ssmicas establecidas en las normas se caracterizan por la aceleracin mxima de la componente horizontal y son seleccionadas a partir de un estudio generalizado de la amenaza ssmica. En trmino medio y segn el pas, se encuentran asociadas a probabilidades de excedencia que oscilan entre 10% y 40% en 50 aos, lo cual representa perodos de retorno de 475 a 100 aos. De una manera general, en obras civiles muy importantes y en todas aquellas donde el mal funcionamiento puede tener consecuencias catastrficas, es necesario alcanzar un nivel consistente de proteccin contra las acciones ssmicas tanto en las edificaciones como en las instalaciones, sistemas y componentes. Estos, adems de soportar las acciones gravitacionales previstas, deben quedar diseados de modo tal que puedan resistir los efectos de aquellas combinaciones de acciones cuya probabilidad de ocurrencia simultnea no se considere remota. Tabla 1. Criterios para la seleccin de los sismos de diseo (aceleracin mxima de la componente horizontal).

Objetivo de DiseoPeriodo Medio de RetornoCriterio de DiseoMinimizar daos menores, o la disrupcin de operacin en plantas industriales1 a 2 veces la vida de la edificacinRespuesta elsticaControl de daos en componentes crticos. Estabilidad estructural4 a 6 veces la tilRespuesta elstica. Cedencia incipiente en las zonas ms solicitadasEstabilidad de embalsas. Interrupcin de funcionamiento de plantas nucleares. Estabilidad de equipos en subestaciones elctricas de alto voltajeDe mil a 3 mil aosAgotamiento resistente

Tabla 2. Coeficiente de importancia y perodos medios de retorno.

Ubicacin de la localidadAo (2)Coeficiente de Importancia A'o = AoProbabilidad de que A'o sea excedido (2) en un tiempo de:Periodo Medio de Retorno (3) (aos)

1 ao50 aos100 aos

Zona de peligro ssmico elevado(1)

1,00,30g0,00210,1000,190473

0,30g1,20,36g0,00120,0590,115818

1,50,45g0,00060,0310,0611597Zona de peligro ssmico modera do (1)

1,00,15g0,00210,1010,192496

0,15g1,20,18g0,00100,0500,098973

1,50,225g0,00040,0210,0412374

Accin simultnea de varias componentes De una manera general, el movimiento del terreno debido a sismos puede descomponerse en seis componentes: tres traslaciones y tres rotaciones. Dado que la mayora de las edificaciones responden esencialmente a las componentes traslacionales horizontales (X e Y), es comn que las componentes rotacionales sean ignoradas totalmente y que el efecto de la componente vertical (Z) sea despreciada; cuando esta componente o su efecto, sea importante, es preciso incorporarlo y considerar el efecto combinado S segn la expresin:

donde S representa el efecto debido a la componente traslacional del movimiento del terreno indicada en el subndice.

Caracterizacin de las acciones de diseo Espectros de respuesta elstica Los espectros describen la mxima respuesta de estructuras idealizadas como un grado de libertad, sometidas a la accin de un movimiento ssmico (acelerograma) conocido. El procedimiento a seguir para la determinacin rigurosa de los espectros se ilustra en la Figura 4. Los espectros para el diseo (Figura 4d) se determinan a partir de estudios estadsticos de familias de movimientos ssmicos, para osciladores con el mismo porcentaje de amortiguamiento referido al crtico. En la Tabla 3 se dan valores para diferentes tipos de materiales y niveles de tensiones. Tabla 3. Valores de amortiguamiento.

Nivel de tensionesTipo y Condicin de la EstructuraPorcentaje de Amortiguamiento Crtico (%)Tensiones de servicio que no excedan un 50% de las cadentesa) tuberas vitales;1 a 2

b) miembros de acero, soldados: concreto pretensado; concreto muy reforzado, con pequeos agrietamientos;2 a 3

c) concreto armado con fisuracin pronunciada3 a 5

d) miembros de acero apernados; estructuras de madera.5 a 7Tensiones a nivel cedente o cercanos a la cadenciaa) tuberas vitales2 a 3

b) miembros de acero, soldados; concreto pretensado sin prdida completa de la pretensin;5 a 7

c) concreto pretensado con prdida la pretensina 10

d) concreto armado;7 a 10

e) miembros de acero apernados: estructuras de madera10 a 15De una manera general, las condiciones del subsuelo influyen en los contenidos frecuenciales del movimiento y por tanto en la forma de los espectros. En la Figura 5 se describe en forma cualitativa cambios esperados en la aceleracin mxima del terreno y en las formas espectrales, para tres registros: un sitio cercano ubicado en suelo firme roca (1), superficie de depsito aluvional (2) y un sitio alejado en el suelo firme (3). Espectros de diseo Tal como se indic en la seccin de estrategias de normas vigentes, es comn admitir que la edificacin pueda hacer incursiones importantes en el rango inelstico (post-elstico). Por esta razn en el diseo se utilizan espectros de respuesta elstica a partir de un factor de reduccin que depende del factor de ductilidad D garantizando por el sistema resistente a sismos. VALORES TIPICOS DE D

Sistema Resistente a sismosRango de valores de D

Acero bien detalladoConcreto armado

Bien detalladoDetallado insuficientePrticos; elementos sometidos a la flexin5 - 74 - 62,5 - 3,5Prticos y muros; dual

3 - 52 - 3Prticos diagonalizados3 - 42,5 - 3,51,5 - 2Muros estructurales

3 - 41,5 - 2

Las normas aceptan, implcita explcitamente, que bajo esas acciones intensas las edificaciones comunes incursionen en el rango de deformaciones inelsticas; es decir, daos estructurales, que pueden incluso ser de naturaleza irreparable. De una manera general, se puede considerar que estos son los estados previos a la condicin lmite de ruina o desplome; de hecho, parte importante de las prdidas materiales est representada por el riesgo de ruina o desplome de la edificacin. Es evidente de lo anterior, que la capacidad de predecir dicho estado lmite est asociada a una incertidumbre mayor y requiere consideracin especial.

Configuracin y Estructuracin La experiencia ha demostrado que la configuracin de la edificacin y su estructuracin juegan un papel muy importante en el diseo a solicitaciones ssmicas intensas. Los estudios analticos confirman las observaciones de campo segn las cuales, edificaciones irregulares dan lugar a elevadas demandas localizadas de resistencia y/o ductilidad; esto conduce a una respuesta inadecuada, a menudo de consecuencias catastrficas, ya que la estructura portante no alcanza a desarrollar ntegramente su capacidad portante.

Irregularidades en planta Plantas de configuracin irregular han tenido un mal desempeo a sismos intensos. Por ejemplo plantas triangulares, generalmente ubicadas en parcelas de la misma forma, conducen a distribuciones de rigidez asociadas a fuertes torsiones. Los extremos de plantas con entrantes pronunciados, con formas en U,C H, tienden a responder de modo independiente al resto de la edificacin creando esfuerzos adicionales no previstos. Su correccin a posteriori es posible, tal como se ilustra en este caso de Caracas afectado por el terremoto de 1967.

Irregularidades en elevacin Cambios bruscos en la distribucin vertical de masas, resistencia o rigidez conducen a situaciones altamente vulnerables a sismos, como la que se ilustra. No es conveniente disponer grandes masas aisladas en las partes superiores de edificaciones elevadas pues durante la respuesta dinmica de la edificacin son de esperar amplificaciones importantes del movimiento. El tanque de almacenamiento de agua en el ltimo nivel del Centro de Oncologa (PB + 7 niveles), probablemente fue el causante de fallas en columnas; ntese que la entrada de ambulancias se encuentra obstruida. Otras irregularidades en elevacin pueden ser creadas por elementos no estructurales, cuya interaccin con la estructura portante suele ser ignorada en el modelo matemtico, tal como se constata en el edificio de 10 plantas de la figura.

Estructuracin El sistema estructural debe definir claramente alineamientos resistentes a las solicitaciones ssmicas, cuya contribucin a la capacidad portante se pueda cuantificar de modo inequvoco. El sistema reticulado celular ilustrado, eficiente para sobrecargas gravitacionales, da lugar a estructuras excesivamente flexibles y dbiles, tal como se evidenci en el pasado terremoto de Mxico en 1985. La construccin de este edificio de 25 pisos, ubicado en una zona de elevado peligro ssmico, fue detenida por ser inadecuada se estructuracin en su dimensin ms larga.

Verificacin de la seguridad Como resultado de estudios de investigaciones hechas hasta el presente, es evidente que ha aumentado el nivel de confianza en la prediccin tanto de las acciones esperadas como de la respuesta probable. Tales estudios revelan que el necesario balance entre seguridad y economa puede lograrse a costo de un cierto riesgo, expresado como probabilidad de excedencia de ciertos estados lmites. Este aspecto plantea la necesidad de revisar la responsabilidad por cierto tipo de daos como consecuencia de acciones ssmicas futuras, y as se establece en las normas modernas. En todo caso, toda edificacin y cada una de sus partes debe tener la resistencia, la rigidez y la estabilidad necesaria para comportarse satisfactoriamente y con seguridad de alcanzar los estados lmites que puedan presentarse durante su vida til. De una manera formal, en la verificacin de la seguridad se pueden distinguir cuatro tipos de acciones: permanentes, variables, accidentales y extraordinarias. Estas conducen a las siguientes situaciones de diseo: i) situaciones permanentes persistentes, cuya duracin es del mismo orden de la vida til de la estructura; ii) situaciones variables transitorias, que, an cuando son de duracin menor, tienen una elevada probabilidad de ocurrir a lo largo de la vida til de la edificacin. Es el caso de las combinaciones de peso propio y sobrecargas de servicio extremas; iii) situaciones accidentales, caracterizadas por su corta duracin y pequea probabilidad de ocurrencia (sismos intensos, vientos, cambios extremos de temperatura); iv) situaciones extraordinarias, que pueden presentarse en casos excepcionales y dar lugar a catstrofes (explosiones, incendios, impactos, etc.).

5. CONCLUSINEn conclusin el estudiante de ingeniera civil debe tener curiosidad de detenerse en las obras de construccin para observar los procesos constructivos para irse empapando en lo que ser su ejercicio profesional. Todo buen profesional de la ingeniera estructural debe poseer slidos conocimientos sobre los materiales usados en las obras, esto unido al buen juicio y la virtud de poder balancear correctamente la esttica, las formas estructurales, las tcnicas constructivas. El reto futuro de la ingeniera estructural consistir en la determinacin de las propiedades bsicas de los materiales de construccin tradicional y el desarrollo de nuevos materiales ms econmicos, ms livianos y ms duraderos. Esto se har considerando la estructura molecular de los cuerpos y otros mtodos sofisticados de medicin. El campo de la ingeniera estructural esta estrechamente ligado a la comparacin sistemtica de los resultados de los modelos analticos con los experimentales sometidos a los efectos de los efectos naturales como eventos meteorolgicos y sismolgicos. La ingeniera ssmica debe llamar nuestra atencin ya que nuestro pas se encuentra dentro de la zona insular ssmica que abarca todo el caribe y Centroamrica. La ingeniera ssmica tiene entre otras las siguientes funciones:Identificar las reas en las cuales se considere ms probable la ocurrencia de un sismo importante, en un plazo corto de tiempo; Seleccionar los parmetros o indicadores que resulten ms confiables.Contar con los medios adecuados para medirlos u observarlos sistemticamente durante lapsos de tiempo que suelen ser de varios aos.Que las estructuras no sufran daos bajo la accin de sismos menores.Que las estructuras resistan sismos moderados, con algunos daos econmicamente reparables en elementos no estructuralesQue las estructuras resistan sismos intensos sin colapsar, aunque con daos estructurales importantes.