Etapas del Proceso para un Proyecto de Puente
Inspección Preliminar del Sitio
Realizar una inspección ocular del sitio del puente para comprobar su ubicación, el tipo de obstáculo a salvar y los datos topográficos, geotécnicos y geológicos que se consideren necesarios. El objetivo es presentar un informe preliminar con recomendaciones sobre el tipo de puente que parezca más adecuado a las condiciones locales.
Recolección de Información Técnica
Se debe recolectar información detallada en diversas áreas:
- Topografía: Es fundamental tomar en cuenta las curvas de nivel y los puntos de diferencia, preferiblemente a una escala 1:100. Se deben obtener perfiles longitudinales del eje del puente, del eje del río y de la vía donde se va a construir. También son necesarias las secciones transversales de inicio y final donde se anclarán los estribos.
- Hidrología: Los estudios hidrológicos consideran los niveles de creciente máximos y mínimos. Se realizan cálculos de agua para determinar el tirante de aire (altura que tendrá la losa), que varía según el uso: para zonas rurales es de 6 a 12 m, y para ríos navegables, de 40 a 60 m.
- Geología: Se deben realizar estudios de suelo o calicatas para determinar si el terreno es apto para la construcción y el montaje de un puente.
Elaboración de un Proyecto Comparativo
Desarrollar un proyecto comparativo basado en predimensiones aproximadas. Esto permite la concepción y comparación heurística de diferentes soluciones para llegar a la elección del tipo y las características finales más adecuadas.
Análisis Estructural y Documentación Final
Realizar el análisis de la estructura y el detallado de los elementos del puente. Esta etapa incluye la elaboración de los planos de construcción, el programa de trabajo, las especificaciones técnicas, los cómputos métricos y el presupuesto estimado. Toda esta información debe estar soportada por una memoria descriptiva del proyecto.
Consideraciones Estéticas
En todos los procesos es preciso tener en cuenta las necesidades estéticas de la obra. Estas no son necesariamente costosas si se planifican desde el comienzo de la concepción del proyecto, la cual se fundamenta en:
- La funcionalidad de la obra, bien concebida para satisfacer su necesidad.
- Las buenas proporciones entre la superestructura (tablero, recubrimiento, parapeto, vigas principales) y la infraestructura (estribos, pilas, fundaciones y pilotes).
- La armonía entre sus masas y sus espacios vacíos.
- La concordancia entre las formas estructurales y el paisaje circundante.
Criterios para la Ubicación del Puente
- Características de la vía: Ancho y número de canales de circulación.
- Componentes viales: Aceras, hombrillos, islas centrales y defensas.
- Geometría del eje: Alineamientos y curvaturas definidos por coordenadas.
- Condiciones hidrológicas: Niveles de creciente y el tirante de aire requerido.
- Condiciones geotécnicas del sitio.
Pesos Específicos de Materiales Comunes
- Acero: 7850 kg/m³
- Concreto: 2500 kg/m³
- Aluminio: 2700 kg/m³
- Tierra compactada: 1900 kg/m³
- Tierra suelta: 1600 kg/m³
- Asfalto: 2330 kg/m³
- Acero de refuerzo: 7850 kg/m³
Componentes, Dimensiones y Planificación Constructiva
Partes Fundamentales de un Puente
- Los accesos: Generalmente formados por rellenos compactados con su talud natural o confinados dentro de muros de sostenimiento.
- La superestructura.
- La infraestructura.
- Las fundaciones: Transmiten y distribuyen las cargas portantes al subsuelo.
Planificación y Dirección de la Construcción
Una vez efectuado el proyecto de un puente, corresponde también al ingeniero planear y dirigir las operaciones necesarias para construirlo de acuerdo con las previsiones del proyecto. Para ello, el proyectista debe estar en la capacidad de escoger y recomendar lo siguiente:
- Los métodos constructivos más adecuados para ejecutar los elementos del puente.
- Los equipos necesarios para realizar los procesos recomendados.
- El orden de ejecución de las diversas operaciones y el tiempo necesario para efectuarlas. Actualmente, se dispone de numerosos programas de computación que permiten establecer y analizar el programa de trabajo.
- Los materiales necesarios para construir los elementos del puente y la oportunidad en que se requieran.
Es altamente recomendable que, como en todo proyecto de ingeniería, el proyecto del puente se documente en una memoria descriptiva.
Componentes del Perfil Longitudinal de un Puente
- Terraplén
- Rasante del puente
- Parapetos
- Vigas de borde
- Sistema de drenaje o tanquillas (alcantarillas)
- Carpeta de rodamiento
- Losa de calzada
- Vigas principales
- Soportes
- Neoprenos
- Estribos
- Pilas
- Aceras
Recomendaciones para la Selección del Trazado de un Puente
- El puente debe ser recto y perpendicular al cauce del río, en una zona profunda y estrecha, ya que esto conduce a la menor abertura de la sección requerida.
- Los puentes rectos resultan menos costosos que los puentes curvos u oblicuos.
- Es conveniente evitar sitios donde la velocidad del río sea muy alta, pues presenta peligro de erosión.
- Debe escogerse un sitio alejado de las confluencias del río y sus afluentes, ya que en ellas se producen remansos que pueden afectar la estabilidad de la estructura.
- La pendiente longitudinal del puente debe ser muy pequeña o nula, y deben evitarse los cambios de pendientes violentos.
- En ríos caudalosos, se debe evitar colocar apoyos intermedios.
- En ríos de corriente lenta o pasivos, se pueden diseñar luces (distancias entre apoyos) más pequeñas.
Secciones Transversales Típicas de Puentes
Vías de Penetración
- Componentes: 2 brocales, 2 aceras, 2 hombrillos y 2 canales de circulación (1 en cada sentido).
- Dimensiones: Brocal (ancho: 0.40 m, alto: 0.18 m), burladeros o aceras (0.45 m), hombrillo (0.90 m), ancho de vía (3.05 m).
Troncal de Baja Velocidad
- Componentes: 2 brocales, 2 aceras, 2 hombrillos, 2 canales de circulación.
- Dimensiones: Brocal (0.40 m x 0.18 m).
Troncal de Alta Velocidad
- Componentes: 2 brocales, 2 hombrillos, 4 canales de circulación (2 por sentido) y 1 separador o isla central. No poseen aceras.
- Dimensiones: Brocal (0.40 m x 0.23 m), hombrillos (0.90 m), canales (3.60 m), isla central (1 m).
Autopistas
- Componentes: 2 brocales, 2 hombrillos, 4 canales de circulación (2 por sentido), isla central. Sin aceras.
- Dimensiones: Brocal (0.40 m x 0.23 m), hombrillos (0.60 m), canales (4.50 m cada uno), isla central (1 m).
Puentes Urbanos
Urbano Liviano
- Componentes: 2 brocales, 2 aceras, 2 hombrillos, 2 canales (1 por sentido).
- Dimensiones: Brocal (0.40 m x 0.18 m), aceras (1.20 m), canales (3.60 m), hombrillos (0.60 m).
Urbano Tipo Avenida
- Componentes: 2 brocales, 2 aceras, 2 hombrillos, 4 canales (2 por sentido).
- Dimensiones: Brocal (0.40 m x 0.18 m), aceras (1.20 m), canales (3.60 m), hombrillos (0.60 m).
Cargas Horizontales a Considerar en el Diseño
Impacto Vehicular
Es el esfuerzo producido por la vibración de un número de vehículos a distintas velocidades. El impacto se calcula mediante la fórmula:
I = 15 / (L + 38), donde L es la longitud y el valor de I no debe superar el 33% (I < 0.33).Viento
Da origen a presiones dinámicas normales al eje de la vía, cuya magnitud depende de la velocidad máxima del mismo, de la forma del puente y del tipo de topografía. Por norma, se establece:
- Puentes de vigas de alma llena: Presión de 250 kg/m², con una carga equivalente de 450 kg/ml.
- Puentes de cercha: Presión de 365 kg/m², con una carga equivalente de 675 kg/ml.
Fuerza de Frenado
Se debe tomar en cuenta el mayor valor entre el 25% de los pesos por eje del camión de diseño y el 5% del camión de diseño más la carga del carril de trabajo. La fuerza de frenado se calcula como:
Fuerza de frenado (ton/trocha) = 0.05 * (0.45 * L + 8.2).
Especificaciones para Losas y Otros Componentes
Gálibo de la Estructura
El ancho de una trocha y de una calzada varía según el tipo de tránsito:
- Tránsito carretero de baja velocidad: 3.05 m.
- Tránsito carretero de alta velocidad: 3.60 m.
- Tránsito rápido o autopista: 4.50 m.
Aceras o Burladeros
En puentes urbanos, sus dimensiones son de 0.60 m y, en todo caso, no menores a 1.20 m.
Cálculo de Sobrecarga
Según las normas, para el cálculo de la sobrecarga en aceras:
- Si la longitud es menor a 30 m, la carga es de 415 kg/m².
- Si es mayor de 30 m, se calcula mediante una fórmula específica, asegurando que el resultado sea mayor a 150 kg/m².
Hombrillos o Zonas de Seguridad
Se utilizan si la longitud del puente excede los 15 m. Deben ser de 0.90 m a cada lado de la vía, pero pueden reducirse a 0.60 m cuando el ancho de la vía es mayor a 3.60 m.
Altura Libre (Paso Vehicular)
Según la norma venezolana, la altura mínima para el paso vehicular es de 3.50 m y la máxima es de 4.27 m.
Barandas, Brocales o Parapetos
- Altura: 0.18 m en puentes urbanos y 0.23 m en puentes carreteros.
- Ancho del brocal: 0.40 m.
- Peso específico de diseño: 750 kg/ml.