Unidad 1 Puentes

INTRODUCCION Durante años los puentes han sido de gran ayuda para el hombre, ya que estos nos permiten comunicarnos con más facilidad sobre ríos, mares, arroyos, parte de ciudades, etc. Hoy en día gracias al avance tecnológico y a los nuevos procesos constructivos podemos observar puentes de grandes magnitudes. Las partes más utilizadas para la construcción de un puente son para cruzar ríos, barrancos, en los cuales deben realizarse estrictamente procesos para determinar la capacidad del sito de construcción para recibir una construcción de este tipo. Entre ellos se encuentran los levantamientos topográficos, estos nos ayudara a conocer las condiciones topográficas del sitio a construir. De igual forma están los estudios de mecánica de suelos, los cuales nos permite conocer el tipo de suelo sobre el cual se construirá el puente y si los materiales existentes cumplen con las condiciones para recibir esta construcción. Más adelante observaremos los diferentes estudios que entran en el proyecto para la correcta construcción de un puente, que se muestra a continuación en este trabajo.

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1.1.- LEVANTAMIENTO TOPOGRAFICO Y UBICACIÓN DEL TRAZO Levantamiento topográfico general de la zona del proyecto documentado en planos a escalas entre 1:500 y 1: 2000 con curvas de nivel a intervalos de 1m y comprendiendo por lo menos 100 m a cada lado del puente en dirección longitudinal (correspondiente al eje de la carretera) y en dirección transversal (al del rio u otro obstáculo a ser transpuesto) Definición de la topografía de la topografía de la zona de ubicación del puente y sus accesos, con planos a escalas entre 1/100 y 1/250 considerando curvas de nivel a intervalos no mayores que 1m y con secciones verticales tanto en dirección longitudinal como en dirección transversal. Los planos deberán indicar los accesos del puente, así como autopistas, caminos, vías férreas y otras posibles referencias. Deberán indicarse igualmente con claridad de vegetación existente. UBICACIÓN DEL TRAZO Ubicación e indicación de cotas de punto referenciales, puntos de inflexión y puntos de inicio y términos de tramos y curvos; ubicación y colocación de Bench Marks. En el caso de puentes sobre cursos de agua deberá hacerse un levantamiento detallado del fondo. Sera necesario indicar en planos la dirección del curso de agua y los limites aproximados de la zona inundable en las condiciones de aguas máximas y mínimas, así como los observados en eventos de carácter excepcional. Cuando las circunstancias lo ameriten, deberán indicarse los meandros del rio. a).- Realizar los trabajos de campo que permitan elaborar los planos topográficos correspondientes. b).- Proporcionar las definición precisa de la ubicación y las dimensiones elementos estructurales.

de los

c).- Establecer los puntos de referencia para el replanteo durante la construcción. d).-Proporcionar información de la base para los estudios de hidrología e hidráulica, geología geotecnia, así como la ecología sus efectos en el medio ambiente.

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1.2.- ESTUDIO HIDROLOGICO Los objetivos de estos estudios son establecer las características hidrológicas de los regímenes de avenidas máximas y extraordinarias y los factores hidráulicos que conlleven a una real apreciación del comportamiento hidráulico que rio que permiten definir los requisitos mínimos del puente y su ubicación optima en función de los niveles de seguridad o riesgos permitidos o aceptables para las características particulares de la estructura.

Los estudios de hidrología e hidráulica para el diseño de puentes deben permitir establecer lo siguiente:         

Ubicación optima del cruce Caudal máximo del diseño hasta la ubicación del cruce Comportamiento hidráulico del rio en el tramo que comprende el cruce Área de flujo a ser confinada por el puente Nivel máximo de aguas (NMA) en la ubicación del puente Nivel mínimo recomendable para el tablero del puente Profundidades de socavación general, por contracción y local Profundidad mínima recomendable para la ubicación de la cimentación según su tipo Obras de protección necesarias

El programa de este tipo de estudios debe considerar la recolección de información, los trabajos de campo y los trabajos de gabinete, cuyacantidad y alcance será determinado con base a la envergadura del proyecto, en términos de su longitud y riesgo considerado.

Los estudios hidrológicos e hidráulicos deben comprender lo siguiente: Evaluación de estudios similares realizados en la zonas de ubicación del puente; en el caso de un reemplazo de un puente colapsado es conveniente utilizar los parámetros de diseño anteriores. 3

Visita de campo; reconocimiento del lugar tanto la zona del cruce como en la cuenca global. Recolección y análisis de recolección hidrométrica y meteorológica existente. Características hidrológicas de la cuenca, considerada hasta el cruce curso del agua con base a la determinación de las características de las respuestas de lluvia-escorrentía, y considerando aportes adicionales en la cuenca. Selección de los métodos de estimación del caudal máximo de diseño: Estimación de los caudales máximos para los diferentes periodos de retorno y según distintos métodos; en todos los casos se recomienda llevar a cabo una prueba de ajustes de los distintos métodos de análisis para la selección de mejor. Selección de secciones transversales representativas del cauce y la obtención del perfil longitudinal.   

Determinación de las características hidráulicas del flujo Determinación de las profundidades de socavación general por contracción total y local Recomendaciones de protección y/o consideraciones de diseño adicionales.

Los puentes ubicados en el cruce con un curso de agua deben ser diseñados de modos que nos las alteraciones y obstáculos que estos representen ante este curso de agua sean previstos y puedan der admitidos en el desempeño de la estructura a lo largo de su vida útil o se tomen medidas preventivas. Para esto deben establecerse las características hidrogeodinámicas del sistema fluvial con el objeto de determinar la estabilidad de la obra respecto al comportamiento del cauce.

1.3.- ESTUDIOS DE MECÁNICA DE SUELOS Los objetivos de estos estudios son establecer las características geotécnicas, es decir, la estratigrafía, la identificación y las propiedades, físicas y mecánicas de los suelos para el diseño de cimentaciones estables. El estudio debe considerar exploraciones de campo y ensayos de laboratorio, cuya cantidad será determinada con base a la a la envergadura del proyecto en términos de su longitud y las condiciones del suelo. Los estudios deberán comprender la zona de ubicación del puente, estribos, pilares y accesos. Los estudios geotécnicos deberán comprender lo siguiente:   

Ensayo de campo en suelo y/o rocas Ensayo de laboratorio en muestras de suelo y/o rocas extraídas en la zona Descripción de las condiciones del suelo, estratigrafías e identificación de los estratos de suelo o base rocosa. 4

  

Definición de tipos y profundidades de cimentación adecuados, asi como parámetros geotécnicos Preliminares para el diseño del puente al nivel de anteproyecto Presentación de los resultados y recomendaciones sobre especificaciones constructivas y obras de protección.

Son todos aquellos que sirven para obtener los datos necesarios para la elaboración de los anteproyectos y proyectos de un puente los estudios que pueden ser necesarios dependiendo de la magnitud y complejidad de la obra son:        

Estudios topográficos Estudios hidrológicos e hidráulicos Estudios geológicos y geotécnicos Estudios de riesgo sísmico Estudios de impacto ambiental Estudios de trafico Estudios complementarios Estudios de trazo de via

Todas las muestras de suelos fueron ensayadas en el laboratorio para determinar lo siguiente: a).- Clasificación manual y visual según el sistema unificado de clasificación de suelo. b).- Granulometría por mallas c).- Contenido de agua (W) d).- Limites de consistencia liquido (LL) y platicos ( LP ) e).- Determinación de la densidad de solidos

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1.4.- ESTUDIOS GEOLOGICOS Los objetivos de los estudios geológicos son establecer las características geológicas, tanto local como general de las diferentes formaciones geológicas que se encuentran identificados tanto su distribución como sus características geotécnicas correspondientes. El programa de estudios deberá considerar exploraciones de campo, cuya cantidad será determinada con base a la envergadura del proyecto.

Los estudios geológicos comprenden:   

Descripción geomorfológico Zonificación geológica de la zona Identificación y características de fallas geológicas

Definición de zonas de deslizamiento, huéyancos y aluviones sucedidos en el pasado y de potencial ocurrencia en el futuro. Los objetivos de los estudios geológicos son establecer las características geológicas, tanto local como general de las diferentes formaciones geológicas que se encuentran identificados tanto su distribución como sus características geotécnicas correspondientes. El programa de estudios deberá considerar exploraciones de campo, cuya cantidad será determinada en base a la envergadura del proyecto. Los estudios geológicos y geotécnicos comprenderán.    

Revisión de información existente y descripción de la geología a nivel regional y local. Descripción geomorfológica. Zonificación geológica de la zona. Definición de las propiedades físicas y mecánicas de suelos y/o rocas. 6

 

Definición de zonas de deslizamiento, huaycos y aluviones sucedidos en el pasado y de potencial ocurrencia en el futuro. Recomendación de canteras para materiales de construcción.

1.5 ESTUDIO DE INGENIERIA DE TRANSITO ESTUDIOS DE VOLÚMENES 1. DEFINICIONES

Volúmenes de Tránsito: Es el número de vehículos que pasa un punto determinado durante un periodo especifico de tiempo. Densidad de Tránsito: Es el número de vehículos que ocupan una unidad de longitud de carretera en un instante dado. Por lo general se expresa en vehículos por kilómetro. Intensidad o Volumen Medio Diario (VMD): Es el volumen total que pasa por una sección transversal o por un segmento de una carretera, en ambos sentidos, durante un año, dividido entre el número de días en el año. Se puede obtener también para un solo sentido. Trigésimo Volumen Horario Más Alto: El volumen horario que es excedido sólo por 29 volúmenes horarios durante un año dado. Volumen Horario de Diseño (VHD): Es el volumen horario futuro utilizado para diseño. Por lo general se usa el trigésimo volumen horario más alto para el año futuro de diseño. Relación entre el Volumen Horario de Diseño (VHD) y el Volumen Medio Diario (VMD): El volumen horario de diseño se expresa a menudo como un porcentaje del volumen medio diario. El rango normal está entre un 12% y un 18 % para ambos sentidos, y un 16% a un 24% para un solo sentido. Distribución Direccional: Es el volumen durante una hora en particular en el sentido predominante expresado como un porcentaje del volumen en ambos sentidos durante la misma hora. Composición del Tránsito: Vehículos pesados o de transporte público expresados (excluyendo vehículos livianos, con una relación peso/potencia similar a vehículos privados) como un porcentaje del volumen horario de diseño.

2. USOS DE LOS DATOS DE VOLÚMENES DE TRÁNSITO La información sobre volúmenes de tránsito es de gran utilidad en la planeación del transporte, diseño vial, operación del tránsito e investigación. Varios tipos de estudios de volúmenes y sus aplicaciones se ilustran en la siguiente tabla.

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TIPO DE VOLUMEN

APLICACIÓN

Volumen Medio Diario: (VMD) o volumen total De tránsito.

Estudios de tendencias; Planeación de Carreteras; Programación de Carreteras; Selección de Rutas; Cálculo de Tasas de Accidentes; Estudios Fiscales; Evaluaciones Económicas

Volúmenes Clasificados: por tipo de vehículo, número de ejes, y/o peso.

Análisis de Capacidad; Diseño Geométrico; Diseño Estructural; Cómputos de Estimados de recolección de impuesto de los usuarios de vialidades

Volúmenes durante periodos de tiempo específicos: durante horas pico, horas valle, y por dirección.

Aplicación de Dispositivos de Control del Tránsito; Vigilancia Selectiva; Desarrollo de Reglamentos de Tránsito; Diseño Geométrico.

3. MÉTODOS DE MUESTREO A continuación se enumeran las modalidades más comúnmente usadas para aforos de tránsito. Aforos Manuales: Se usan por lo general para contabilizar volúmenes de giro y volúmenes clasificados. La duración del aforo varía con el propósito del aforo. Algunos aforos clasificados pueden durar hasta 24 horas. El equipo usado es variado; desde hojas de papel marcando cada vehículo hasta contadores electrónicos con teclados. Ambos métodos son manuales. Durante periodos de tránsito alto, es necesario más de una persona para efectuar los aforos. La exactitud y confiabilidad de los aforos depende del tipo y cantidad del personal, instrucciones, supervisión y la cantidad de información a ser obtenida por cada persona.

Contadores Mecánicos: Contadores permanentes son usados para aforar el tránsito continuamente. Es usado a menudo para estudios de tendencias. Pueden ser actuados por células fotoeléctricas, detectores magnéticos y detectores de lazo. Contadores Portátiles: Toman nota de los volúmenes aforados cada hora y 15 minutos, dependiendo del modelo. Pueden ser tubos neumáticos u otro tipo de detector portátil. Entre sus ventajas se cuentan: una sola persona puede mantener varios contadores y, además, proveen aforos permanentes de todas las variaciones del tránsito durante el periodo del aforo. Entre sus desventajas se cuentan: no permiten clasificar los volúmenes por tipo de vehículo y movimientos de giro y muchas veces se necesitan aforos manuales ya que muchos contadores (en particular los de tubo neumático) cuentan más de un vehículo cuando son accionados por vehículos de más de un eje o por vehículos que viajen a velocidades bajas. Programación de los Aforos El número de horas de aforo varía con el método usado y el propósito. Los contadores mecánicos pueden estar contando las 24 horas del día. Es conveniente que los aforos manuales en intersecciones, se lleven a cabo por un mínimo de 12 horas, incluyendo en este espacio de tiempo las horas de mayor demanda. Aforos por periodos de tiempo de 8

16 horas, proveen más información. Por lo general, para la mayoría de los propósitos de ingeniería de tránsito, los aforos deben ser efectuados durante días representativos de un día de la semana típico (martes, miércoles y jueves) a menos que el objetivo del estudio requiera días de fin de semana. Por lo general aforos realizados con incrementos de tiempo de 15 minutos son suficientes. Sin embargo, algunas veces es necesario efectuar aforos en intervalos menores para el diseño de carriles de giro y para cálculo de tiempos de semáforos. Aforos de Cordón Se entiende por este tipo de aforos a la contabilización de todos los vehículos y las personas que entran o salen de una zona (área acordonada) durante un día típico. Este tipo de estudio se usa para: Apoyar el desarrollo de estacionamientos adecuados Proveer las bases para la evaluación y la introducción de técnicas operacionales de tránsito (dispositivos de control, reglamentos, etc.). Como apoyo a las compañías de transporte público, para que estas ajusten sus servicios a las necesidades del área. Como apoyo a la policía de tránsito, en planificar actividades selectivas de vigilancia. Obtención de datos para estudios de tendencias, etc. Una línea de cordón define el área. Sin embargo, el número de estaciones a aforar se puede minimizar usando barreras naturales (ríos, etc.). Todas las calles que crucen la línea de cordón son estaciones de aforos con la excepción de calles con volúmenes tan bajos que sean despreciables. Por lo general, los aforos se llevan a cabo en periodos de media hora entre la 7:00 AM y las 7:00 PM. Para resumir los resultados de los aforos de cordón, se usan curvas de acumulación. Este tipo de curvas indican la acumulación de vehículos y/o pasajeros dentro de una área acordonada. También indican los movimientos hacia adentro y hacia afuera del área y el modo de viaje en diversos periodos de tiempo. Presentación de Datos de Volúmenes de Tránsito Los volúmenes de tránsito se pueden resumir de diversas formas. A continuación se enumeran las más comunes. Mapas con Volúmenes de Tránsito: La figura 2.1 ilustra este tipo de sumario. En ellos se indican los volúmenes a lo largo de rutas seleccionadas, con el ancho de una banda que está en función de la magnitud del volumen. Diagramas de Volúmenes de Tránsito Direccionales en Intersecciones: La figura 2.2 ilustra estos diagramas. En ellos se indican la dirección y el volumen correspondientes a todas las direcciones. También se utilizan planos y gráficos para representar volúmenes (ver figura 2.3). Figura 2.1. Mapa con Volúmenes de Tránsito

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Figura 2.2 Diagrama de Volúmenes de Tránsito Direccionales de una Intersección, Hora de Máxima Demanda

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Figura 2.3. Gráficos indicando Fluctuaciones Diarias de Volúmenes de Tránsito

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1.6 ESTUDIO ECONOMICO OBJETIVO DEL ESTUDIO ECONÓMICO El estudio o análisis Económico, es competencia de la investigación de operaciones y de las matemáticas y análisis financieros entre otros. Estas disciplinas se encargan de realizar las evaluaciones económicas de cualquier proyecto de inversión, para determinar la factibilidad o viabilidad económica de un proyecto. Este debe estar concebido desde el punto de vista técnico y debe cumplir con los objetivos que ella se espera. En otras palabras trata de estudiar si la inversión que queremos hacer va a ser rentable o no, si los resultados arrojan, que la inversión no se debe hacer, se debe tomar otra alternativa o evaluar la alternativa que más le convenga financieramente a la empresa de acuerdo a sus políticas. El análisis económico pretende determinar cuál es el monto de los recursos económicos necesarios para la realización del proyecto, cuál será el costo total de la operación de la planta (que abarque las funciones de producción, administración y ventas), así como otras son indicadores que servirán de base para la parte final y definitiva del proyecto, que es la evaluación económica. ESTRUCTURA DEL ESTUDIO ECONÓMICO Las flechas indican donde se utiliza la información obtenida en el cuadro, los datos de la inversión fija y diferida son la base para calcular el monto de la depreciaciones y amortizaciones anuales, el cual, a su vez, es un dato que se utiliza tanto en el balance general, como en el punto de equilibrio y en el estado de resultados. La información que no tiene flechas antecedente, como los costos totales, el capital de trabajo y el costo de capital indica que esa información hay que obtenerla con investigación. ANÁLISIS SOBRE LA DETERMINACIÓN DE LA PRODUCCIÓN Para determinar la producción es necesario identificar varios factores; Materias Primas: Son aquellos materiales que de hecho entran y forman parte del producto terminado. Estos costos incluyen fletes de compra, de almacenamiento y de manejo. Los descuentos sobre compras se pueden deducir del valor de la factura de las materias primas adquiridas.

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Mano de Obra Directa: Es la que se utiliza para transformar la materia prima en producto terminado. Se puede identificar en virtud de que su monto varía casi proporcionalmente con el número de unidades producidas. Mano de Obra Indirecta: Es aquella necesaria en el departamento de producción, pero que no interviene directamente en la transformación de las materias primas. En este rubro se incluyen: personal de supervisión, jefe de turno, todo el personal, de control de calidad, y otros. Materiales indirectos: Estos forman parte auxiliar en la presentación del producto terminado, sin ser el producto en sí. Aquí se incluyen: envases primarios y secundarios y etiquetas, por ejemplo. Así, el aceite para automóvil tiene un recipiente primario que es la lata o bote de plástico en que se envasa, y, además, se requiere una caja de cartón para distribuir el producto al mayoreo (envase secundario). En ocasiones, a la suma de la materia prima, mano de obra directa y materiales indirectos, se le llaman “costos primo”. Costos de los Insumos Excluyendo, por supuesto, los rubros mencionados, todo proceso productivo requiere una serie de insumos para su funcionamiento. Estos pueden ser: agua, energía eléctrica, combustibles (diesel, gas, gasolina, petróleo pesado); detergentes; gases industriales especiales, como freón, amoniaco, oxígeno, acetileno; reactivos para control de calidad, ya sean químicos o mecánicos. La lista puede extenderse más, todo dependerá del tipo de proceso que se requiera para producir determinado bien o servicio. Costo de Mantenimiento Este es un servicio que se contabiliza por separado, en virtud de las características especiales que puede presentar. Se puede dar mantenimiento preventivo y correctivo al equipo y a la planta. El costo de los materiales y la mano de obra que se requieran, se cargan directamente a mantenimiento, pues puede variar mucho en ambos casos. Para fines de evaluación, en general se considera un porcentaje del costo de adquisición de los equipos. Este dato normalmente lo proporciona el fabricante y en él se especifica el alcance del servicio de mantenimiento que se proporcionará. Cargos por Depreciación y Amortización Ya se han mencionado que son costos virtuales, esto es, se tratan y tienen el efecto de un costo sin serlo. Para calcular el monto de los cargos, se deberán utilizar los porcentajes autorizados por la Ley de Impuesto Sobre La Renta. Este tipo de cargos está autorizado por la propia ley, y en caso de aplicarse a los costos de producción, se deberá incluir todo el activo fijo y diferido relacionado directamente con ese departamento. INVERSIÓN Es el gasto dedicado a la adquisición de bienes que no son de consumo final, bienes de capital que sirven para producir otros bienes. En un sentido más amplio la inversión es el flujo de dinero que se encamina a la creación o mantenimiento de bienes de capital y a la realización de proyectos que presumen lucrativos. La inversión es el uso de factores de producción para producir bienes de capital que satisfagan las necesidades del consumidor, de una forma indirecta pero más plena en el futuro. Conceptualmente la inversión se diferencia tanto del consumo como del ahorro; porque es un gasto un desembolso y no una reserva o cantidad de dinero retenida; con respecto al consumo; porque no se dirige a bienes que producen utilidad o satisfacción directa, sino a bienes que se destina a producir otros bienes. En la práctica, sin embargo, tales 13

distinciones suelen dibujarse un tanto: hay bienes que, como un automóvil, pueden ser a la vez de consumo y de inventario, según los fines alternativas a los que se destine. En el sentido corriente se habla de inversión cuando se coloca capitales con el objeto de obtener ganancias aunque las mismas se produzcan gracias a la compra de acciones, títulos o bonos que emiten las empresas y que le sirven a estas para incrementar su capital.

1.7 ESTUDIO DE SOCAVACION INFORMACIÓN BÁSICA PARA ESTUDIOS DE SOCAVACIÓN EN PUENTES Siempre resulta complejo recolectar la información necesaria para hacer estudios de socavación en puentes ya sea que estén construidos o por construir, y por lo general, nunca se está satisfecho con la suficiencia y calidad de ella. Es necesario recolectar información de oficina y de campo desde el punto de vista topográfico, hidrológico, hidráulico y de suelos, la que se resume idealmente en la Tabla 2.1.

Tabla 2.1 Composición ideal de datos para evaluación de socavación

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ESTUDIOS BÁSICOS DE OFICINA Y DE CAMPO Para realizar el diseño de un puente y/o su evaluación con relación a socavación, se deben adelantar estudios básicos con el fin de conocer las características topográficas, hidrológicas, hidráulicas y de suelos en la zona de emplazamiento de la estructura. El estudio integral de un río debe comprender el entendimiento de su geomorfología, ya que cambios en su profundidad, ancho y alineamiento, en forma súbita o progresiva, pueden alterar la estabilidad de un puente, (Ver Parte I sobre Geomorfología Fluvial, Parte II sobre Transporte de Sedimentos y Parte III sobre Procesos Fluviales). ESTUDIOS TOPOGRÁFICOS Los estudios topográficos incluyen los siguientes pasos: • Planificación general del estudio. Se deben establecer las características del trabajo de campo en lo referente a: longitud total del río en que se van a levantar las secciones transversales y su espaciamiento, errores permitidos, nomenclatura a usar, orden en la toma de las secciones, etc. • Generación del abscisado longitudinal. Se debe realizar un levantamiento altimétrico y planimétrico con poligonales cerradas sobre la orilla del río tributario desde donde se amarrarán las secciones transversales. Referenciación de las secciones transversales. Se debe hacer el amarre altimétrico mediante nivelación de precisión, dejando BMs al inicio de cada sección transversal. En muchos casos de estudios de socavación, basta con poligonales abiertas. • Toma de las secciones transversales. El levantamiento de las secciones transversales se realizará desde aguas abajo hacia aguas arriba, cubriendo una distancia conveniente a lado y lado de la llanura de inundación sobre ambas márgenes del cauce o hasta los puntos más altos de diques, si existen. Las secciones transversales estarán debidamente referenciadas en sus extremos al sistema de coordenadas IGAC y amarradas a la poligonal; la separación entre secciones depende de cada proyecto. Se requieren mínimo tres secciones para caracterizar una curva. Se deben relacionar los niveles del agua, a banca llena y de ser posible, niveles de aguas máximas. Con la finalidad de definir el gradiente hidráulico existente, se establecerá la diferencia relativa de nivel entre cada una de las secciones mediante el traslado e identificación de los niveles. Se detallarán las restricciones y obstáculos al flujo representadas en puentes, viaductos, boxculverts, necesario para definir los puntos de control hidráulico. En los sitios en donde el nivel de agua no permite el levantamiento topográfico convencional como estación total y nivel de precisión, las secciones deberán ser obtenidas mediante la utilización de una eco-sonda. • Si el puente está construido. Debe contarse con los planos de construcción y hacerse el levantamiento de la estructura existente dando especialmente énfasis a la nivelación de la losa y de los elementos de apoyo, tanto pilas como estribos. • Procesamiento de la información. Se requiere, según corresponda en medio magnético e impreso: carteras de apoyo de los levantamientos topográficos; cálculos de las poligonales y nivelaciones. Plano de localización general de todas las secciones. Secciones transversales. Tabla de coordenadas de puntos de cada sección transversal. Informe escrito de eventualidades en el desarrollo de la campaña de campo. 15

DATOS GENERALES · Nombre del río. · Nombre del camino y tramo. · Ubicación del cruce. · Tipo de puente. · Longitud y número de claros, elevación de la rasante del puente, orientación del puente, orientación de las pilas. · Ubicación del área de estudio a nivel macro. · Documentos disponibles (mapas, fotografías aéreas, reportes de inspecciones previas). · Informes de reconocimiento de la zona del ponteadero y de su cuenca por vía terrestre y aérea. - Secciones transversales El levantamiento topográfico se puede hacer, en el caso de puentes pequeños, mediante una poligonal abierta tendida en una de las márgenes del río, que sirve de base para tomar las secciones transversales y la batimetría en la zona del puente, así como las características geométricas de éste si ya está construido. · Secciones transversales del cruce inmediatamente aguas arriba y aguas abajo del puente. · Secciones transversales a una distancia del puente aproximadamente igual a una vez su longitud total o donde se estime que el puente no interfiere más sobre el flujo tanto hacia aguas abajo como hacia aguas arriba del cauce. - Socavación en puentes existentes · Alrededor de las pilas. · A lo largo de los estribos. - Presencia de depósitos de sedimentos · Existencia de islas, barras, lagunas, esteros, cascadas, etc. - Esquemas · Elaboración de esquemas detallados en planta y perfil de la zona del cruce indicando todos los datos que a juicio del ingeniero sean relevantes para el estudio de la socavación del puente. ESTUDIOS HIDROLÓGICOS Los estudios hidrológicos llevan a determinar el caudal de diseño por ser éste uno de los parámetros que más influyen en la selección de la abertura del puente y en la evaluación de la socavación. Algunos de los siguientes parámetros deberán ser evaluados durante el estudio. • Información de estaciones hidrológicas · Estaciones limnimétricas o limnigráficas sobre el río. · Estaciones climatológicas en la cuenca hidrográfica. · Estaciones para toma de datos de sedimentos.

• Características fisiográficas de la cuenca hidrográfica La determinación de las características fisiográficas de la cuenca se hace sobre fotografías aéreas y planos topográficos. 16

· Área y forma de la cuenca hidrográfica hasta el sitio de cruce. · Orientación, forma y pendiente media de la cuenca. · Tipo y uso del suelo en la cuenca. · Red de drenaje. • Caudales, niveles y velocidades · Caudal medio en el cauce. · Caudal y fecha de las crecientes máximas extraordinarias. · Caudal de diseño. · Caudales, niveles y velocidades de creciente correspondientes a períodos de retorno tales como 100 años (Q100), 500 años (Q500) y el caudal que sobrepasaría el puente (Qsp), ESTUDIOS HIDRÁULICOS Lo estudios hidráulicos llevan a determinar los parámetros necesarios para calcular y evaluar la socavación en puentes para lo que usualmente se requiere contar con información como la siguiente: • Características hidráulicas del río · Tipo de río (perenne, efímero, torrencial, aluvial). · Configuraciones del lecho en cauces aluviales. · Tendencia a la sedimentación o erosión del lecho a lo largo del tiempo. · Afluentes y posibles remansos provocados por éstos. · Posible influencia de las mareas si el cruce se localiza cerca a la desembocadura del mar. · Funcionamiento hidráulico probable de la corriente basándose en registros de aforo y entrevistas con los vecinos que den información sobre magnitud, duración y frecuencia de las avenidas, época del año y daños causados. · Cauce suficiente para el paso de crecientes o si se desborda durante avenidas. · Alineamiento del río, estable o con tendencia a divagar. · Dirección de la corriente con relación al puente en épocas de flujos altos y bajos, lo que permite junto con el estudio morfológico del río analizar las variaciones del cauce y la forma como el flujo atacaría a la estructura condicionando su ubicación. · Materiales de arrastre teniendo en cuenta su clasificación y sus dimensiones. · Tipo y dimensiones de cuerpos flotantes. · Tendencia a degradación o agradación del cauce. • Descripción de estructuras u obras de control próximas al sitio del puente · Puentes (tipo, antigüedad, elevación de la rasante del puente, orientación del puente, orientación de las pilas, dirección de la corriente en épocas de avenidas, sección transversal del cruce, comportamiento del puente ante crecientes). · Presas (función, operación del embalse, grado de regulación). · Obras de encauzamiento y protección contra la erosión. · Obras de encauzamiento y protección contra inundaciones. · Obras de control de torrentes. · Dragados. · Corte de meandros. · Otros proyectos por realizarse en la zona. • Cálculos hidráulicos 17

Determinación de parámetros hidráulicos: velocidad, profundidad del agua, área mojada, perímetro mojado, etc. ESTUDIOS DE SUELOS Los estudios de suelos pueden ser tan generales o detallados como el tipo de cauce lo requiera. Ríos bien definidos y con lecho poco erosionable requieren poco detalle en la información, en tanto que ríos inestables en cauces indefinidos o trenzados, requieren que se preste la máxima atención a los estudios geológicos. Se necesita usualmente hacer perforaciones, apiques o sondeos para determinar las condiciones de los suelos en la zona del puente. Un informe geológico para hacer estudios de cimentación de un puente debe incluir información sobre: · Características geológicas de la cuenca · Perfiles estratigráficos · Rocas existentes · Disponibilidad de materiales de construcción · Materiales del lecho del cauce y su resistencia a la erosión. · Profundidades de cimentación de estructuras existentes en la vecindad. Por otra parte, los parámetros más importantes de los sedimentos del cauce que de una u otra forma intervienen en el cálculo de las profundidades máximas de socavación son: densidad y peso específico, velocidad de caída, distribución granulométrica, tamaño, desviación estándar geométrica, peso específico de la mezcla agua-sedimento en suspensión, viscosidad de la mezcla agua-sedimento en suspensión. Los aspectos más importantes para tener en cuenta en suelos cohesivos son el peso volumétrico seco y la resistencia al esfuerzo cortante, en tanto que en suelos granulares priman el peso y el tamaño de las partículas. Las muestras de sedimentos se busca tomarlas dentro y por fuera del hueco de socavación para determinar si existe acorazamiento del cauce o en la zona de la pila. También deben tomarse una o dos muestras de carga de lecho suspendida en el mismo sitio donde se están determinando las profundidades del agua. (Ver Parte II sobre Transporte de Sedimentos). 1.8 PUENTE Un puente es una construcción que permite salvar un accidente geográfico como un río, un cañón, un valle, una carretera, un camino, una vía férrea, un cuerpo de agua o cualquier otro obstáculo físico. El diseño de cada puente varía dependiendo de su función y la naturaleza del terreno sobre el que se construye. 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. HISTORIA DE LOS PUENTES La necesidad humana de cruzar pequeños arroyos y ríos fue el comienzo de la historia de los puentes. Hasta el día de hoy, la técnica ha pasado desde una simple losa hasta 18

grandes puentes colgantes que miden varios kilómetros y que cruzan bahías. Los puentes se han convertido a lo largo de la historia no solo en un elemento muy básico para una sociedad, sino en símbolo de su capacidad tecnológica. DE LA PREHISTORIA A LOS GRANDES CONSTRUCTORES ROMANOS Los puentes tienen su origen en la misma prehistoria. Posiblemente el primer puente de la historia fue un árbol que usó un hombre prehistórico para conectar las dos orillas de un río. También utilizaron losas de piedra para arroyos pequeños cuando no había árboles cerca. Los siguientes puentes fueron arcos hechos con troncos o tablones y ocasionalmente con piedras, empleando un soporte simple y colocando vigas transversales. La mayoría de estos primeros puentes eran muy pobremente construidos y raramente soportaban cargas pesadas. Fue esta insuficiencia la que llevó al desarrollo de mejores puentes. PUENTE DE ARCO El arco fue usado por primera vez por el Imperio romano para puentes y acueductos, algunos de los cuales todavía se mantienen en pie. Los puentes basados en arcos podían soportar condiciones que antes habrían destruido a cualquier puente. Un ejemplo de esto es el Puente de Alcántara, construido sobre el Río Tajo, cerca de Portugal. La mayoría de los puentes anteriores habrían sido barridos por la fuerte corriente. Los romanos también usaban cemento, que reducía la variación de la fuerza que tenía la piedra natural. Un tipo de cemento, llamado pozzolana, consistía en agua, lima, arena y roca volcánica. Los puentes de ladrillo y mortero fueron construidos después de la era romana, ya que la tecnología del cemento se perdió y más tarde fue redescubierta.

PUENTE DE CUERDAS Los puentes de cuerdas, un tipo sencillo de puentes suspendidos, fueron usados por la civilización Inca en los Andes de Sudamérica, justo antes de la colonización europea en el siglo XVI.

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EL PUENTE EN LA EDAD MEDIA Después de esto, la construcción de puentes no sufrió cambios sustanciales durante mucho tiempo. La piedra y la madera se utilizaban prácticamente de la misma manera durante la época napoleónica que durante el reinado de Julio César, incluso mucho tiempo antes. La construcción de los puentes fue evolucionando conforme la necesidad que de ellos se sentía. Cuando Roma empezó a conquistar la mayor parte del mundo conocido, iban levantando puentes de madera más o menos permanentes; cuando construyeron calzadas pavimentadas, alzaron puentes de piedra labrada. A la caída del Imperio romano, el arte sufrió un gran retroceso durante más de seis siglos. El hombre medieval veía en los ríos una defensa natural contra las invasiones, por lo que no consideraba necesario la construcción de los medios para salvarlos. El puente era un punto débil en el sistema defensivo feudal. Por lo tanto muchos de los que estaban construidos fueron desmantelados, y los pocos que quedaron estaban protegidos con fortificaciones.

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LA EDAD MODERNA EN LOS PUENTES Durante el siglo XVIII hubo muchas innovaciones en el diseño de puentes con vigas por parte de Hans Ulrich, Johannes Grubenmann y otros. El primer libro de ingeniería para la construcción de puentes fue escrito por Hubert Gautier en 1716. LA REVOLUCIÓN DEL ACERO Y EL HORMIGÓN Con la Revolución industrial en el siglo XIX, los sistemas de celosía de hierro forjado fueron desarrollados para puentes más grandes, pero el hierro no tenía la fuerza elástica para soportar grandes cargas. Con la llegada del acero, que tiene un alto límite elástico, fueron construidos puentes mucho más largos, muchos utilizando las ideas de Gustave Eiffel. PARTES DE UN PUENTE En su aspecto técnico, la ingeniería de un puente tradicional diferencia, además de los cimientos, dos partes esenciales: la superestructura y la infraestructura, y en ellas, pueden desglosarse los siguientes componentes básicos: Tramo: Parte del puente que sostienen bastiones y/o pilastras. Bastión: En la subestructura, apoyo para un tramo. Ménsula: Recurso arquitectónico tradicional para descargar el sobrepeso de bastiones y pilas. Relleno o ripio: Retenido por los estribos, sustituye los materiales (tierra, rocas, arena) removidos, y refuerza la resistencia de bastiones, pilastras. Asiento: Parte del bastión en el que descansa un tramo, y en el caso de las pilas los extremos de dos tramos diferentes. Losa de acceso: Superficie del rodamiento que se apoya en la ménsula. Luz (entre bastiones): Distancia media entre las paredes internas de bastiones y/o pilas. Contravientos: Sistema para dar rigidez a la estructura. Tablero: Base superior de rodaje que sirve además para repartir la carga a vigas y largueros, en casos especiales, el tablero puede estar estructurado para sostener una vía férrea, un canal de navegación, un canal de riego, en estos dos últimos caso se les llama "puente canal"; o una tubería, en cuyo caso se llama puente tubo. Viga trasversal.- armadura de conexión entre las vigas principales (un ejemplo de conjunto son las vigas de celosía) Apoyos fijos y de expansión: Placas y ensamblajes diseñados para recibir, repartir y transmitir reacciones de la estructura (ejemplos de este tipo de apoyo son los rodines y balancines). Arriostrados laterales o vientos: Unen las armaduras y les dan rigidez. 21

Otras secciones: goznes, juntas de expansión, marcos rígidos, placas de unión, vigas de diversas categorías y superficie de rodamiento.

TIPOS DE PUENTES En viga (viaducto ferroviario en Stuttgart Cannstatt), trabaja a tracción en la zona inferior de la estructura y compresión en la superior, es decir, soporta un esfuerzo de flexión. No todos los viaductos son puentes viga; muchos son en ménsula.

En ménsula (Puente Rosario-Victoria), trabaja a tracción en la zona superior de la estructura y compresión en la inferior. Los puentes atirantados (foto) son una derivación de este estilo.

En arco (Puente de Alcántara), trabaja a compresión en la mayor parte de la estructura. Usado desde la antigüedad.

Colgante (Golden Gate), trabaja a tracción en la mayor parte de la estructura.

Apuntalado (Puente del General Hertzog) compuesto de elementos conectados con tensión, compresión o ambos.

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Atirantado ("Puente del amor", Taiwán). Su tablero está suspendido de uno o varios pilones centrales mediante obenques.

POR SU USO Un puente es diseñado para ferrocarriles, tráfico automovilístico o peatonal, tuberías de gas o agua para su transporte o tráfico marítimo. En algunos casos puede haber restricciones en su uso. Por ejemplo, puede ser un puente en una autopista y estar prohibido para peatones y bicicletas, o un puente peatonal, posiblemente también para bicicletas. El área debajo de muchos puentes se ha convertido en refugios improvisados y albergues para la gente sin hogar. Las partes inferiores de los puentes alrededor de todo el mundo son puntos frecuentes de grafiti. Un acueducto es un puente que transporta agua, asemejando a un viaducto, que es un puente que conecta puntos de altura semejante.

PUENTES DECORATIVOS Y CEREMONIALES Para crear una imagen bella, algunos puentes son construidos mucho más altos de lo necesario. Este tipo, frecuentemente encontrado en jardines con estilo asiático oriental, es llamado "Puente Luna", evocando a la luna llena en ascenso. Otros puentes de jardín pueden cruzar sólo un arroyo seco de guijarros lavados, intentando únicamente transmitir la sensación de un verdadero arroyo. Comúnmente en palacios un puente será construido sobre una corriente artificial de agua simbólicamente como un paso a un lugar o estado mental importante. Un conjunto de cinco puentes cruzan un sinuoso arroyo en un importante jardín de la Ciudad Prohibida en Pekín, China. El puente central fue reservado exclusivamente para el uso del Emperador, la Emperatriz y sus sirvientes. 23

TAXONOMÍA ESTRUCTURAL Y EVOLUCIONARÍA Los puentes pueden ser clasificados por la forma en que las cuatro fuerzas de tensión, compresión, flexión y tensión cortante o cizalladura están distribuidas en toda su estructura. La mayor parte de los puentes emplea todas las fuerzas principales en cierto grado, pero sólo unas pocas predominan. La separación de fuerzas puede estar bastante clara. En un puente suspendido, los elementos en tensión son distintos en forma y disposición. En otros casos las fuerzas pueden estar distribuidas entre un gran número de miembros, tal como en uno apuntalado, o no muy perceptibles a simple vista como en una caja de vigas. Los puentes también pueden ser clasificados por su linaje.

EFICIENCIA La eficiencia estructural de un puente puede ser considerada como el radio de carga soportada por el peso del puente, dado un determinado conjunto de materiales. En un desafío común, algunos estudiantes son divididos en grupos y reciben cierta cantidad de palos de madera, una distancia para construir y pegamento, y después les piden que construyan un puente que será puesto a prueba hasta destruirlo, agregando progresivamente carga en su centro. El puente que resista la mayor carga es el más eficiente. Una medición más formal de este ejercicio es pesar el puente completado en lugar de medir una cantidad arreglada de materiales proporcionados y determinar el múltiplo de este peso que el puente puede soportar, una prueba que enfatiza la economía de los materiales y la eficiencia de las ensambladuras con pegamento.

La eficiencia económica de un puente depende del sitio y tráfico, el radio de ahorros por tener el puente (en lugar de, por ejemplo, un transbordador, o una ruta más larga) comparado con su costo. El costo de su vida está compuesto de materiales, mano de obra, maquinaria, ingeniería, costo del dinero, seguro, mantenimiento, renovación y, finalmente, demolición y eliminación de sus asociados, reciclado y re-emplazamiento, menos el valor de chatarra y reutilización de sus componentes. Los puentes que emplean sólo compresión, son relativamente ineficientes estructuralmente, pero puede ser altamente eficiente económicamente donde los materiales necesarios están disponibles cerca del sitio y el costo de la mano de obra es bajo. Para puentes de tamaño medio, los apuntalados o de vigas suelen ser los más económicos, mientras que en algunos casos, la apariencia del puente puede ser más importante que su eficiencia de costo. Los puentes más grandes generalmente deben construirse suspendidos. FALLAS EN PUENTES En una estadística realizada en 1976, sobre las causas de fallo o rotura de 143 puentes en todo el mundo, resultó: 1 fallo debido a corrosión, 4 a la fatiga de los materiales, 24

4 al viento, 5 a un diseño estructural inadecuado, 11 a terremotos, 12 a un procedimiento inadecuado de construcción, 14 fallos fueron por sobrecarga o impacto de embarcaciones, 22 por materiales defectuosos 70 fallos fueron causados por crecidas (de los cuales 66 fueron debidos a la socavación, 46% del total). Esto muestra que los aspectos hidráulicos son fundamentales en los puentes; un buen conocimiento de estos aspectos hará el puente más seguro y barato. INSTALACIONES ESPECIALES Algunos puentes pueden tener instalaciones especiales, como la torre del puente Nový Most en Bratislava, que contiene un restaurante. En otros puentes suspendidos, pueden instalarse antenas de transmisión. Un puente puede contener líneas eléctricas, como el Puente Storstrøm. Además los puentes también soportan tuberías, líneas de distribución de energía o de agua mediante una carretera o una línea férrea. MATERIALES Se usan diversos materiales en la construcción de puentes. En la antigüedad, se utilizaba principalmente madera y posteriormente roca. Más recientemente se han construido los puentes metálicos, material que les da mucha mayor fuerza. Los principales materiales que se emplean para la edificación de los puentes son: -

Piedra Madera Acero Hormigón armado (concreto) Hormigón pretensado Hormigón pos-tensado Mixtos

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CONCLUCION

Los puentes son indispensables en la vida nos ayudan a unir un lugar con otro ya sea estado, municipio u otros aspectos en específicos. En este tema que acabamos de estudiar realizamos un trabajo de los tipos de estudios que se realizan antes de la construcción de un puente de acuerdo a sus usos especificados. Observamos que los estudios se basan más que nada en laboratorio para conocer cómo se encuentra la superficie del suelo en donde se ara la construcción del puente. Hoy en dia sabemos que los puentes ya cumplían con tareas importantes desde la edad media como la unión de un punto a otro. Hoy en día observamos puentes con ciertas características de acuerdo a la tecnología con la que hoy cuenta la humanidad. La principal función de un puente es la de resistir ciertas fuerza que actúan sobre el como lo son cargas por transporte vehicular, viento, sismos, lluvia, etc. Y que este sufra son menores daños posibles

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BIBLIOGRAFIA Programa de asistencia técnica en transporte urbano para las ciudades mexicanas – manual normativo - subsecretaria de desarrollo urbano y ordenación del territorio dirección general de ordenación del territorio. Manual de estudio de socavación en puentes- CONAGUA Apuntes de TOPOGRAFIA – Ing. Perea catedrático del INSTITUTO TECNOLOGICO DEL ISTMO (2010)

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