Cómo diseñar un puente – Pasos para el diseño de puentes

Tutoriales en vídeo de diseño de puentes

Cómo diseñar pequeñas presas

El diseñador debe haber visto y estudiado primero muchos puentes en el curso de un largo proceso de aprendizaje para poder diseñar un puente. Debe saber qué tipo de viga puede ser adecuada en las condiciones disponibles, ya sea un puente de vigas, un puente de arco o uno suspendido. También debe conocer la influencia de las condiciones de los cimientos en la elección de los vanos y los sistemas estructurales, etc. Por lo tanto, el diseñador del puente no sólo debe ser una persona culta, sino también experimentada. En los momentos propicios, un destello intuitivo puede proporcionar una nueva solución, que cumpla la tarea mejor que las soluciones convencionales conocidas (intuición, creatividad que lleva a las innovaciones).

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Datos necesarios para el diseño de un puente:

1. Un plano del lugar en el que se muestren todos los obstáculos a salvar, como ríos, calles, carreteras o vías férreas, las curvas de nivel de los valles y la alineación deseada de la nueva ruta de tráfico.
2. Sección longitudinal del terreno a lo largo del eje del puente proyectado con las condiciones de los espacios libres o las anchuras de inundación requeridas. Alineación vertical deseada del nuevo trazado.
3. Anchura requerida del puente, anchura de carriles, mediana, pasarelas, barandillas de seguridad, etc.
4. Condiciones del suelo para la cimentación, resultados de los sondeos con un informe sobre la situación geológica y datos de mecánica del suelo. El grado de dificultad de los trabajos de cimentación influye considerablemente en la elección del sistema estructural y en la longitud económica del vano.
5. Condiciones locales como la accesibilidad para el transporte de equipos, materiales y elementos estructurales. ¿Qué materiales están disponibles y son económicos en esa parte del país? ¿Hay agua o energía eléctrica a mano? ¿Puede utilizarse una tecnología de alto nivel o debe construirse el puente con métodos primitivos y un número reducido de trabajadores cualificados?
6. Condiciones meteorológicas y medioambientales, inundaciones, niveles de marea alta y baja, periodos de sequía, rango de temperaturas y duración de los periodos de heladas.
7. Topografía del entorno – terreno abierto, terreno llano o montañoso, país pintoresco. Pueblo con pequeñas casas antiguas o ciudad con edificios de gran altura. La escala del entorno influye en el diseño.
8. Exigencias del entorno en cuanto a la calidad estética. Los puentes de las ciudades que afectan al entorno urbano y que se ven con frecuencia de cerca -especialmente los puentes peatonales- necesitan una forma y un tratamiento más delicados que los puentes en campo abierto. ¿Es necesaria la protección de los peatones contra las salpicaduras y el ruido? ¿Es necesaria la protección contra el ruido para las casas cercanas al puente?

El diseñador debe visitar el lugar del puente y su entorno.

Boceto del diseño del puente:

Cuando el ingeniero está seguro de que ha surgido una idea de diseño en su mente, debe coger un lápiz y una escala y con la ayuda de los bocetos, aprendidos en la escuela, debe empezar a dibujar la dirección probable de la carretera, la profundidad de la viga (Para el puente de vigas) se dibujan los pilares, los estribos y el borde inferior de la viga.

Para un proyecto con mucha financiación, es preferible una relación de esbeltez alta, de lo contrario, si el factor decisivo es el coste, se puede reducir la relación de esbeltez. Analice el croquis de forma crítica para la proporción entre los vanos, el espacio libre bajo la viga, las condiciones del suelo alrededor de las pilas y los estribos, la adaptación de las pilas al entorno, el número de pilas y la curvatura de la alineación vertical. Tras el análisis crítico puede haber más de un boceto con cambios en el diseño y las condiciones de apoyo. Se deben elaborar las alternativas, discutir con los colegas, los arquitectos asesores y el cliente para elaborar un boceto final.

Sólo ahora deben comenzar los cálculos, y en primer lugar con aproximaciones simples y aproximadas para comprobar si las dimensiones asumidas serán suficientes y si las áreas seccionales necesarias del acero de refuerzo o de los tendones de pretensado dejarán suficiente espacio, para permitir que el hormigón sea colocado y compactado sin dificultad. A continuación, se pueden realizar algunas pruebas con programas informáticos, utilizando diferentes profundidades u otras variables con el fin de encontrar las dimensiones más económicas; sin embargo, éstas sólo deben elegirse si no se ven afectados otros requisitos esenciales, como la estética, la longitud de los accesos, las calidades, etc..

Una vez que el proyectista o el equipo de diseño ha hecho su elección, entonces se pueden elaborar los planos del diseño principal con todas las dimensiones y explicaciones para su aprobación por parte de las autoridades. Como el mapa por sí solo no es suficiente para mostrar claramente la localidad y el impacto en el medio ambiente y la apariencia, una maqueta o algunas fotos bien tomadas pueden ayudar a los ciudadanos, al cliente y a los críticos a darse cuenta de la existencia del puente.

Finalización del diseño del puente:

Después de la aprobación del diseño, el trabajo de diseño final puede comenzar con los cálculos rigurosos de las fuerzas, tensiones, etc. para todo tipo de cargas o ataques y, a continuación, hay que hacer el detalle estructural. También hay que elaborar el andamiaje y el equipamiento que se necesitará para la construcción del tipo de puente en cuestión. Hay que hacer numerosos dibujos y tablas con miles de números y cifras para todas las dimensiones, tamaños y niveles, con especificaciones para el tipo y la calidad de los materiales de construcción necesarios. Esta fase supone la mayor cantidad de trabajo para el ingeniero de puentes, y requiere considerables conocimientos y habilidades.

La fase de diseño conceptual y estético necesita una cantidad de tiempo comparativamente pequeña, pero es decisiva para la calidad expresiva de la obra.

Contenido del curso de diseño de puentes

Introducción

• Historia de los puentes
• Definición

Tipos de puentes

• Viga/Arco
• Columna
• Suspensión
• Cableado

Sistemas estáticos de puentes

• Cómo funciona el puente
• Transferencia de cargas en puentes de vigas
• Transferencia de cargas en puentes de arco y cerchas
• Transferencia de cargas en puentes colgantes y atirantados
• Transferencia de cargas en puentes levadizos

Elementos del puente

• Elementos principales del puente
• Tipos de vanos
• Superestructura vs subestructura
• Subestructura parte 1: Muelle
• Subestructura parte 2 – Estribos
• Superestructura de puentes

Metodología de diseño de puentes

• Principales métodos de diseño
• Resistencia a la carga
• ASD , Métodos LFD , LRFD

Cargas de diseño de puentes

• Diferentes cargas que afectan al puente
• Cargas en vivo
• Cálculo de cargas en vivo , LÍNEA DE INFLUENCIA
• Cargas vivas peatonales y factor de tolerancia dinámico
• Factor de presencia múltiple
• Distribución de LL a través de las vigas
• Cargas de viento y sismo
• Explicación de la combinación de cargas LRFD