200214 - IPI - Infraest de Transp Puentes (GRT)

INGENIERA CIVIL EN OBRAS CIVILES

Ingeniera de Proyectos de Infraestructura

(OCIV-421)

Captulo 2: Infraestructura de Transporte

Prof. Gonzalo Rivera T. OCIV-421. Ingeniera de Proyectos de Infraestructura Captulo 2: Infraestructura de Transporte: Puentes 1


2.PUENTESINFRAESTRUCTURADETRANSPORTE

2Prof. Gonzalo Rivera T. OCIV-421. Ingeniera de Proyectos de Infraestructura Captulo 2: Infraestructura de Transporte: Puentes


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2. PUENTES. Introduccin.

Puentes.Estructuras viales, con trazado por encima de la superficie, que permiten vencer obstculos naturales como ros, quebradas, hondonadas, canales, entrantes de mar, estrechos de mar, lagos, etc.Es posible que el primer puente haya sido la cada de un rbol que permiti salvar una depresin del terreno (badn).

Prof. Gonzalo Rivera T. OCIV-421. Ingeniera de Proyectos de Infraestructura Captulo 2: Infraestructura de Transporte: Puentes


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Estructura de un puente.Se distinguen, en general, en un puente tres partes:

- Infraestructura: Todo el conjunto de columnas intermedias (cepas) y muros de los costados de cada lado (estribos), que tienen la funcin de soportar a la superestructura.

- Superestructura: Todo el conjunto de elementos que aportan y conforman la va de circulacin segn el tipo de puente que sea. Se destacan las vigas de puente, diafragmas, tablero, aceras, postes, desages, pasamanos, estructura de pavimento, y en el caso de va frrea, los rieles.

- Accesos y defensas: Lo conforma la losa de aproximacin, terraplenes, bermas y postes sealizadores. En el caso de las defensas, estn los enrocados, gaviones, zampeados, bajadas de agua, pilotes contenedores u otro elemento de proteccin.



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Estructura de un puente.


INFRAESTRUCTURA

SUPERESTRUCTURA


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Estructura de un puente. Infraestructura.Cepa o Pila: Estructuras intermedias de sustentacin, ubicadas en el cauce mismo del ro. Se distinguen tres partes: las fundaciones (con o sin pilotes), la elevacin que puede ser de pilares o muros y el cabezal que recibe los apoyos de la superestructura.



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Estructura de un puente. Infraestructura.Estribos: Estructura de apoyo de puente que lo conecta con los accesos del camino, stos pueden ser transparentes, huecos o de contencin. Se distinguen tres partes: las fundaciones (con o sin pilotes), el muro frontal, la mesa de apoyo, espaldar y diente de losa.



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Estructura de un puente. Superestructura.La vigas principales: Pueden ser rectas, arcos, prticos, reticulares, celosa, etc.Las vigas secundarias, que son paralelas a las principales, se denominan longueras.



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Estructura de un puente. Superestructura.Diafragmas: Son vigas transversales a las anteriores y sirven para su arriostramiento. Pueden cumplir la funcin de vigas secundarias cuando van destinadas a transmitir cargas del tablero a las vigas principales. Tambin son llamadas viguetas o vigas de puente.



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Estructura de un puente. Superestructura.Tablero: Es la parte estructural que queda a nivel de subrasante y que transmite tanto cargas como sobrecargas a las viguetas y vigas principales. Normalmente es de hormign armado cuando se trata de luces menores y de metal para puentes mayores (menor peso). Tambin se llama losa y puede ser ejecutado en otros materiales.



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Estructura de un puente. Superestructura.Carpeta de rodadura o pavimento: Es la carpeta de desgaste y de terminacin, que logra dar continuidad horizontal de va de acceso a va de salida. En el caso de puentes ferroviarios estos elementos van sustituidos por los durmientes y sus rieles o el sistema que tenga el tipo de transporte.



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Estructura de Puentes. Superestructura.En los tableros se incorpora los bordes de calzada, aceras, ancho libre que se destina al paso peatonal. Y al borde van los postes de iluminacin y pasamanos de seguridad peatonal.

Los tableros pueden ser mviles:- Basculante. Con contrapeso- Levadizo. De accin mecnica.



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Estructura de Puentes. Superestructura.

Los tableros pueden ser mviles:- Giratorios.



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Los tableros pueden ser mviles:- Desplazamiento vertical- Transbordador



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Los tableros pueden ser mviles:- Caso Chileno en construccin. Puente Cau Cau de Valdivia. Del tipo Basculante.



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Otros conceptosVano: Cada uno de los espacios de un puente u otra estructura, comprendida entre dos apoyos consecutivos. La distancia entre dos elementos portantes principales es la luz del vano. Est tambin la luz libre que corresponde a la distancia entre paramentos de los apoyos.


VANO VANOVANO


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Clasificacin de Puentes.

Puentes

Segnsuuso

Depeatones(pasarelas)

DeVehculos(carreteras)

Ferroviario(trenes,metro,

etc.)

Movilidad

Giratorios

Levadizos

TransbordadoresProf. Gonzalo Rivera T. OCIV-421. Ingeniera de Proyectos de Infraestructura Captulo 2: Infraestructura de Transporte: Puentes


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Clasificacin de puentes:

Puentes

Materialidad

Madera

Hierro

Hormign

Estructurabsica

Viga

Arco

Demnsula

Colgante

AtirantadoProf. Gonzalo Rivera T. OCIV-421. Ingeniera de Proyectos de Infraestructura Captulo 2: Infraestructura de Transporte: Puentes


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2. PUENTES. Nociones de Diseo.

Puente VigaLoconformanvigasprincipalmenteapoyadosenpilares.

Traccinzonainferioryacompresinzonasuperiordelaestructura.



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2. PUENTES. Nociones de Diseo

Puente en ArcoEsunpuenteconapoyosalosextremosdelvano,entreloscualessehayaunaestructuraconformadearco,pordondesetransmitenlascargas.Lospuentesenarcotrabajantransfiriendoelpesopropiodelpuenteylassobrecargasdeusohacialosapoyosmediantelacompresindelarco,dondesetransformaenunempujehorizontalyunacargavertical.

Prof.GonzaloRiveraT.OCIV421.IngenieradeProyectosde

InfraestructuraCaptulo2:InfraestructuradeTransporte:Puentes


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Puente en Mnsula.Precursor del atirantado

Enelcualunaomsvigasprincipalestrabajancomo mnsula ovoladizo

Traccinzonasuperioryacompresinzonainferiordelaestructura.


Crescent City Connection, Missisipi, EEUU.

Forth Edimburgo Escocia


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Puente ColgantePresentancablessuspendidosdetorresyancladosporsusextremosalospilaresdesujecin.Loscablesestncompuestospormilesdealambresparalelosdeacerogalvanizado,agrupadosenformadeespiralparaformarunaseccincircular.



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Puente Atirantado.Eltableroestasuspendidodeunoovariastorrescentralesmediantecables.Tambinhayvariantesdeestospuentesenquelostirantesvandesdeeltablerohastaelpilarsituadoaunlado,ydesdeestealsuelo,obienestarunidosalpilarsolo.


MonterreyNuevoLenMexico CentenarioCanaldePanam


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Puente Canal Chacao.Recientemente adjudicado para su construccin.



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2. PUENTES. Etapas de Construccin.

Proceso Constructivo

-In Situ: Ejecucin de estructuras utilizando hormign fresco sobre moldaje (encofrado) con armando la enfierradura del tipo pasiva o activas previamente dispuestas. No siempre es aplicable para la construccin de un puente, ya que requiere de apuntalamiento del encofrado por un periodo de tiempo, lo que depender del emplazamiento y de la geometra del puente.

-Prefabricacin: Partes o la estructura completa son fabricadas en planta y luego llevada, izadas e instaladas para conformar un puente. Elimina apuntalamientos y encofrados, permitiendo sortear obstculos para la obra, lo que genera disminucin de costos.



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Puente de Vigas.

Estos puentes en hormign o acero pueden salvar 20 a 25 m.Se utilizan vigas en forma de doble T o en forma de caja hueca.



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Puente de Vigas.En este puente se utilizaron vigas prefabricadas.

Para mayores largo se utiliza el hormign y acero pretensado, alcanzando hasta 48 m.



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Puente de Vigas.Otra opcin es utilizar la llamada losa aligerada (requiere faena in situ) y cajn o dovelas prefabricadas.



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Puente de Vigas. Izaje de vigas prefabricadas entre pila a pila.



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Puente de Vigas. Construccin in situ.Con cimbra esttica.



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Puente de Vigas. Construccin in situ.Con cimbra desplazable.



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Puente de Vigas. Cimbras autoportantes o Autocimbra.

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Puente de Vigas. Vigas lanzadas con la utilizacin de elemento auxiliar.

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Puente de Vigas. Tablero de avance con utilizacin de elemento auxiliar.

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Puente de Vigas. Sistema puente empujado: Encofrado fijo en el estribo, se requiere de planta de hormigonado fija con capacidad para un tramo de dovelas de 15 a 20 m. Se hormigona y una vez endurecido y pretensado el tramo, se empuja con sistema hidrulico a su posicin, liberando el encofrado para hormigonar.


Narizdelanzamiento.Estructurametlica


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Narizdelanzamiento.Estructurametlica

Cambios de Ley de Momentos.


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Puente Arco.

Pueden salvar distancias entre 60 y 200 m.

Puede ser un gran arco o una serie de arcos que permitan resistir las solicitaciones.

El suelo debe estar preparado para recibir todas las cargas de peso propio y de las sobrecargas que son transmitida por los apoyos.

Existen Puente Arco con tablero superior, con tablero inferior y tablero intermedio. De mamposteras en general, de hormign, de acero, etc.



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Puente Arco.

Con Tablero Superior, de acero y hormign.



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Puente Arco.

Con Tablero Inferior, mixto de acero y hormign, con cables.



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Puente Arco.

Con Tablero Intermedio, acero y mixto de acero y hormign. Con cables.



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Puente Arco. De hormign.



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Puente Arco. De Acero.



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Puente Arco. De Acero.Con voladizo compensado.



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Puente Arco. De cajn de hormign.Con voladizo compensado.



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Puente Arco. De Acero. Puente empujado.


VIDEOPUENTEARCOVIADUCTOLANJARON


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Puente Colgante.

Pueden salvar distancias de mas de 350 m.

El cable principal tiene la curvatura de la catenaria, pero para efectos de clculo se considera una parbola de segundo grado. Es flexible por lo que su trayectoria corresponder forzosamente a una de las composicin del sistema de fuerzas. Los secundarios siempre van en vertical a una misma distancia, el que sujeta el tablero, el que va sobre reticulados metlicos.

Las torres si son metlicas se construyen montndose seccin por seccin con gra trepadoras, ancladas en ella, la que avanza con el crecimiento de ella.

Las torres de hormign se construyen mediante encofrados trepadores.Prof. Gonzalo Rivera T. OCIV-421. Ingeniera de Proyectos de Infraestructura Captulo 2: Infraestructura de Transporte: Puentes


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Puente Colgante.



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Desventajas de Puente Colgante.Al ser tan flexible se debe suspender su uso ante vientos fuertes o turbulencias.Al ser tan flexible dificulta la mantencin de vas ferroviarias.Bajo grandes cargas de viento, las torres ejercen un gran momento en el suelo, por lo que requieren de una gran cimentacin, especialmente ante suelos de mala calidad, encareciendo su costo de construccin.

Ventajas Puente Colgante.El vano central puede ser muy largo, apropiados para salvar grandes depresiones.No se necesitan apoyos centrales durante su construccin, apropiados para grandes profundidades.Puede tener plataforma muy alta facilitando el paso de embarcaciones.Flexiona ante viento fuerte y sismos.


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Puente Colgante.Los pasos de construccin son:

-Construccin de pilas

- Colocacin de cable principal

- Colocacin de cables secundarios

- Colocacin de superestructructura, vigas principales, secundarias y arriostriamiento, para forma tableros rgidos. El largo de cada seccin de tablero es igual a la distancias de los cables secundarios. Estos servirn de apoyo a la superestructura.

- A medida que se van instalando los tramos se debe compensar la tensin del cable principal. La torre no es capaz por s sola resistir la tensin del cable principal. El procedimiento es de compensacin de tensiones, a travs de la tensin del cable hacia el otro lado de la pila. Para ello se utilizan diferentes mtodos.


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Puente Colgante.Construccin de Pilas.

-De acero: A travs de mdulosprefabricados

-De Hormign: A travs de encofradosdeslizantes


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Puente Colgante.Colocacin Cable principal. Cable gua (transportado por bote o helicptero); Pasarela de montaje; Arriostramiento entre pasarelas de montaje; Construccin de cable principal; Compactacin del cable principal


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Puente Colgante.Colocacin Cable principal. Cable gua (transportado por bote o helicptero); Pasarela de montaje; Arriostramiento entre pasarelas de montaje; Construccin de cable principal; Compactacin del cable principal


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Puente Colgante.

Colocacin Cables Secundarios.

Colocacin Estructura Tablero.


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Puente Colgante.

Pesos:Propio del cable y Superestructura.Peso de las cargasen movimiento.Suelos de buena calidad con fundacionesImportantes.

Se debe generar contrapeso en el proceso de construccin.Los tramos de vas pueden ser en parte el contrapeso, pero cuando eso no es posible se ancla el cable principal a los estribos y stos son diseados incorporndoles mucho peso (celdas cerradas con lastre y piedras).


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Puente Atirantados.Los tirantes son su elemento estructural principal, pero presenta exigencia estructural sobre sus torres y, en forma especial, sobre su tablero.Los cables van rgidos y rectos fijados en la torre y en el tablero, en diferentes puntos equidistantes. Los tirantes son pseudo apoyos para el tablero.Los puentes pueden ser:-Con dos torres-Con una torre-Dos planos de atirantados sujetando el tablero o simplemente uno.-Puede tener muchos tirantes muy prximos o pocos tirantes muy separados.-Puede ser con torres cimentadas o con torres sobre el tablero, cuyo sistema se apoya en cepas convencionales.-Las torres pueden tener diferentes formas: H, A, Y invertida, diamante o una sola cepa.


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Puente Atirantados.

Diseo Arpa con una sola torre

Diseo Abanico con dos torres

Torre tipo A

Torre tipo Y invertida

Torre tipo H

Torre tipo Diamante

Torre Cepa


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El sistema estructural es diferente entre un puente colgante y uno atirantado.En la construccin de un puente colgante se deben disponer muchos cables de pequeo dimetro entre los pilares y los extremos donde se anclan al suelo o a un contrapeso. Estos cables son la estructura primaria de carta del puente.Luego, se suspenden cables desde el principal los que se irn fijando al tablero, el que se eleva en secciones separadas. Las cargas del tablero se transmiten a los cables secundarios, y stos al cable principal y luego a las torres, los contrapesos de los extremos reciben una gran fuerza horizontal.En la construccin de un puente atirantado no se requiere de cables entre los pilares y de contrapeso. Las cargas se transmiten a la torre central a travs de los cables, pero al estar inclinados se transmiten por la propia seccin, donde se compensa con la fuerza recibida por el otro lado del pilar central.


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Puente Atirantado

Las pilas se construyen con los mismo sistemas ya mencionados para el puente colgante.

El proceso de construccin del puente es diferentes en el orden de las faenas:

- Construccin zona inferior de las pilas y construccin de estructuras de apoyo provisorias.- Colocacin de la superestructura por los mtodos ya vistos.- Construccin de la zona superior de las pilas- Colocacin de tensores y cableado.- Retiro de estructuras de apoyo provisorias


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Puente Atirantado


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Puente Atirantado

Otro proceso de construccin del puente es por voladizos sucesivos:

- Construccin de pilas.- Colocacin de tensores y cableado.- Construccin de la superestructura desde la pila hacia el exterior de forma compensada en voladizo, con mtodos ya mencionados de avance, fijando los tableros al cableado.

-Tambin pueden tener dvelas de seccin completa que por flotacin se aproximan a su posicin para luego ser elevadas.


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Puente Atirantado


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Puente Atirantado

VIDEOPUENTE

ATIRANTADODESMOND


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Puente Mnsula o Voladizo.Es aplicable a puente de armadura de acero y tablero superior.Tambin pueden ser mixtos de hormign y acero.Es un diseo que permite mezclar con los otros tipos de sistema de estructural. Mnsula con arco, Mnsula con colgante, etc.


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Puente Mnsula o Voladizo.


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Puente Mnsula o Voladizo.Su proceso constructivo se basa en el armado de la estructura compensando, por grandes secciones


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Etapas de Construccin.La seccin central es la ltima que se coloca. Se flota y se iza. No requiere de pila intermedia.



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2. PUENTES. Operacin, mantenimiento y Cierre.


Existen puentes y acueductos que se construyeron hace ms de 2 mil aos, lo que podra hacer pensar que este tipo de estructuras tienen una vida til extraordinaria.

Pese a esta realidad, es un hecho que los puentes comienzan su deterioro desde el mismo momento en que son construidos.

Lo que complica dado el alto costo de construccin, siendo uno de los elementos ms costosos de la red vial.

En la gestin vial, estas estructuras son tomadas en forma especial, siendo una especialidad con particularidades el diagnstico de su estado y las actividades de mantencin.


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Operacin.

-Limpieza Viaria- Funcionamiento de seales luminosas- Reemplazo o restitucin de elementos de seguridad- Reemplazo y restitucin de paletas informativas y seales de trnsito.- Restitucin de pinturas en pavimentos.

Se requiere de cuadrillas realizando estas faenas en forma rutinaria, en especial en vas expresas y colectoras.


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Inventario de Puentes.

-Identificacin: Denominacin, carretera, ubicacin kilometraje, clasificacin de los elementos que lo conforman, se detalla la singularidad salvada (cauce, canal, ro, ferrocarril, etc.), y por ltimo, la existencia de modificaciones (ensanches, ampliaciones) junto con la referencia sobre la documentacin existente del proyecto y sus modificaciones.- Caractersticas Geomtricas: N de vanos, longitud total, luces mximas y mnimas. Adems, se debe incluir todos los datos de la plataforma, de igual forma como se registra el inventario de pavimentos.- Caractersticas Funcionales: Restricciones de carga, velocidad, y todas las limitaciones permanentes que de alguna manera afectan al flujo del trnsito.-Caractersticas estructurales: (se detalla a continuacin)- Plataforma y elementos auxiliares: Defensas de las cepas y estribos, barreras, barandillas, sealizacin, iluminacin, drenajes, etc.


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Inventario de Puentes.

Caractersticas estructurales. Se divide en campos de informacin.-Tipologa general: materialidad y tipo de estructura (arco, viga, colgante, etc).- Fundaciones: tipo de fundaciones (cajones, pilotes, pantalla, etc.)- Estribos: Material y funcin estructural.- Cepas: N y su tipologa, materialidad, etc.- Arcos, prticos y bvedas: Posicin del tablero, bveda recta o oblicua, prticos con soportes verticales o inclinados, etc Tipos de viga y funcin estructural.- Tablero: Se debe incluir el esquema estructural (alma llena o aligerada), seccin transversal (losa maciza o aligerada) y tipo de entramado (viga, losa o cajn), adems su materialidad.- Apoyos: N total de lneas de apoyo, de dispositivos, tipologa y materialidad.- Juntas transversales: N de juntas, longitud, tipologa y materialidad.


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Auscultaciones Sistemtica:

- Garantizar la seguridad estructural.- Identificar patologas- Registrar estandarizadamente y peridicamente el estado de la estructura- Proporcionar valores a proyectista, diseadores, administradores y constructores sobre materiales, tcnicas, sistemas constructivos, etc. frente a problemas de mantenimiento.- Entregar informacin a la base de datos para la toma de decisiones.

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Tipos de inspeccin para la auscultacin:

- Inspeccin rutinaria.De carcter superficial y es realizada por personal a cargo del mantenimiento de la va. Se aprovecha de realizar durante las operaciones de limpieza o mantenimiento rutinario del puente. Es esencialmente visual.

- Inspeccin principal.De carcter detallado y peridico, es profunda, pero sigue siendo visual, pero se utilizan medios auxiliares que permita la examinacin de todos los elementos. El personal es especializado. El objetivo es detectar patologas prioritarias de solucionar. Se realiza ficha informativa.

- Inspecciones Especiales.De carcter no peridico y se realiza como consecuencia de situaciones particulares, despus de un sismo, crecida de ro y ante una patologa prioritaria informada en la inspeccin principal. Aqu se eventualmente ensayos a materiales para obtener un anlisis global.


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Auscultacin Patolgica:

- Revisin del proyecto: Criterios de diseo, hiptesis de clculo, cargas admisibles, etc.-Inspeccin visual de la estructura: Por cada elemento y en forma detallada.-Anlisis de los materiales: Hormign, armaduras, estructura metlica.-Estudio de la respuesta de la estructura bajo solicitaciones exteriores: Simulacin bajo carga esttica controlada. Se miden flechas y movimientos, los giros y deformaciones en puntos cruciales de la estructura.


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Ensayos no destructivos:

- Ultrasonido- Equipos radiogrficos- Equipos magnticos- Equipos medidores de tensiones. Tensin versus deformacin.


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Ejemplos de rehabilitacin de puentes:

- Reemplazo del puente por uno de mayor capacidad- Reforzamiento (vigas adicionales, aumento de seccin, en cables postensados, incorporacin de armaduras, morteros epxicos, etc)- Reparaciones (adicin de placas de acero para reparar superficies, o en secciones de fisuras y corrodas, incorporacin de platabandas en el ala traccionada, etc.)- Recarpeteo: Similar a los tratamiento de pavimentos.- Recomposicin de protecciones:

- Empalizados- Gabiones- Tablestacado de acero o de madera- Enrrocados- Mamposteras-


FINPUENTES

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InfraestructuraCaptulo2:InfraestructuradeTransporte:Puentes

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