Jornadas de investigación

Estructuras sismorresisitentes adecuadas para la construcción

Estructura sismorresistente: son capaces de resistir adecuadamente los efectos provocados por un evento sísmico como maremoto, terremoto, entre otros.

Diseño:

·         Económico.

·         Aceptación de un determinado nivel de daño.

·         Admitir que se produzcan daños y repararlos tras el sismo.

·         Admitir dalos importantes en el edificio pero evitando el colapso.

·         Evitar estructuras con cambio de rigidez.

·         Usar acero del menor limite elástico (estructuras metálicas).

·         Juntas entre edificios para evitar choques.

Factibilidad y vitalidad en estructuras:

·         Se logra con el diseño arquitectónico, materiales adecuados y control de ejecución.

·         La vitalidad de una estructura se basa en la capacidad que tiene la misma de soportar sismos y terremotos destructivos.

·         Los amortiguadores pasivos incorporables en la estructura permiten evitar destrucciones por la acción de la naturaleza.

·         Las cimentaciones en forma de pilotes permiten mantener estable la estructura.

·          Edificación debe ser solida, simétrica, uniforme, continua.

Disipadores de energía

Edificios sismorresistentes:  Configuración estructural masiva para soportar fuerzas anormales, componentes de proporción apropiada para soportar estos sismos.

Ocasiona que las edificaciones puedan disipar el 50% de energía.

1.    Bajo peso.

2.    Estabilidad.

3.    Resistencia.

4.    Suelo firme, capacidad de fuerza.

Amortiguadores del sistema estructural:

Ventajas:

·         Paralización post-sismo.

·         Protegen los contenidos.

·         Protegen equipos y edificios industriales.

·         Seguridad 50% - 100% en comparación a un edificio convencional.

Tipos de disipadores:

·         Disipadores metálicos: Comportamiento estero ductel.

·         Disipador ADAS.

·         Disipador TADAS.

·         Disipador HONEY-COMB.

·         Disipadores fricciónales: conexión SBS, sistemas PALL, dispositivo de fricción por galillas.

·         Disipadores visco-elásticos.

Normas sismorresistentes en Venezuela:

·         COVENIN (1998).

·         ONU.

Patologías en puentes

Es una estructura, aspectos que hubiesen causado este daño.

Formación de las patologías:

·         Grietas.

·         Reacción química.

·         Daño provocado por colisión de vehículo y fuego.

Puentes de madera:

·         Factor de inferencia en el rendimiento estructural de la madera.

·         Mecanismo de formación y manifestación patológica en estructuras de madera.

·         Agentes bióticos.

·         Agentes abióticos.

Puentes de acero:

·         Oxidación del acero.

·         Deterioro causado por sobre carga.

·         Deterioro causado por la falta de refuerzos.

·         Grietas causadas por fatiga.

·         Daños por soldadura.

·         Daños causados por excesiva vibración.

Mejoramiento de grupo de pilotes

Pilotes: Elemento constructivo utilizado para la cimentación de obras estructurales.

Tipos de pilotes:

·         Antiguo: De madera y se invento para hacer cimentación en zonas húmedas.

·         Pilotes In Situ: Método constructivo consiste en una perforación en el suelo.

·         Pilotes In Situ de desplazamiento con azuche: Pilotaje de profundidad.

·         Pilotes In Situ de extracción con entubación recuperable.

·         Pilotes In Situ de extracción con camisa perdida.

·         Pilotes In Situ perforado sin entubación con lados tixotrópicos.

·         Pilotes prefabricados: Cimentación profunda.

·         Pilotes excéntricos: Se ubican fuera de los ejes de las columnas.

1.    Pilotes de madera (pino).

2.    Pilotes de acero.

3.    Pilotes de hormigón.

4.    Descabezado y encabezado.

5.    Formula P-Y (pilotes en forma de Y).

Efectos de la corrosión en el hormigón pretensado

El hormigón: Combinación de materiales (físicos, químicos) consistente y viscosa, rocoso de alta resistencia cuando esta fraguado, esta compuesto con agua, gravilla, arena, cemento y se utiliza batiéndose a mano o con una mezcladora.

Hormigón pretensado: Introducir alambre o cables de acero al hormigón y hara una gran resistencia.

·         Tipos: con armadura, introducir al hormigón cables. Pos tensado vaciado de forma prefabricado.

Corrosión atmosférica: Ataca más a la construcción.

·         Proceso: Anódico, catódico. Tipos, corrosión sea, húmeda y por mojado.

Influencia corrosiva en el hormigo pretensado:

·         Consecuencias: Perdida de resistencia, estética, falta de protección a las armaduras, falta de estanqueidad.

·         Prevención: selección de material, propiedades mecánicas (dureza, flexibilidad, resistencia u otros), propiedades eléctricas, propiedades magnéticas, propiedades químicas.

Puentes

Según Irusta (2006)  “Mediante ciertas estructuras que soportan pesos importantes, se consigue cruzar una depresión del terreno u otros obstáculos como el agua y otras vías de comunicación. Los puentes proporcionan un camino, una carretera, una vía férrea y sujetan tuberías, líneas de distribución de energía o un canal o conducto de agua en el caso de los acueductos. Se construyen de distintos tipos para solucionar las diversas características de su ubicación concreta y constan de dos partes principales: unos elementos que configuran los apoyos o soportes del puente y otra estructura que se sitúa entre las anteriores.”

Por otro lado, los puentes se dividen en varios tipos: Móviles: Este tipo de construcciones se sitúan sobre vías de navegación, desplazándose por elevación, giro o deslizamiento para que pasen las embarcaciones ejemplo de esta clase de estructuras es el puente levadizo Tower Bridge de Londres; puente de arco: en la época romana y medieval los puentes sobre arcos se construían con piedra y ladrillo, a partir del siglo XIX se empezó a utilizar el hierro, lo que permitió edificar construcciones más largas un ejemplo es el puente de Saint Louis (Estados Unidos) y los puentes colgantes que están formados por los cables principales, que se fijan en los extremos del vano a salvar, y tienen la flecha necesaria para soportar mediante un mecanismo de tracción pura, las cargas que actúan sobre él.

De la misma manera, entre los puentes más famosos del mundo se encuentran: el puente de la bahía de Sydney que fue construido durante un periodo de nueve años de 1923 a 1932, por la empresa inglesa Dorman Long; el puente del seto que es el más grande del mundo en el que se combinan carreteras con una línea ferroviaria, dividido en seis secciones es una maravilla arquitectónica, puente nampu bridge está construido con  acero y viga de hormigón compuesta por un puente atirantado construido en Shanghai y el puente kinta uno de los más famosos de Japón, está compuesto por 5 arcos de madera apoyados en grandes pilares de piedra.

  

En conclusión, los puentes se construyen con la finalidad de comunicar o atravesar dos espacios a los que de otra manera no se pudiera acceder, y con ello evitar que ocurran problemas de tráfico entre ambas partes. Existen puentes que ayudan al ser humano trasladarse a pie y otros que permiten el paso del transporte terrestre; por esto una de sus características principales es la funcionalidad, en su construcción se debe cuidar aspectos importantes como la estabilidad, peso, resistencia al desplazamiento y a la rotura.

Referencias

Texto de Manuel Irusta / EL MUNDO. [Consultado el 20 de septiembre de 2011]. Los 20 puentes más famosos del mundo,  disponible en URL: http://www.terra.com.mx/Turismo/fotos/25753/Los+20+puentes+mas+famosos+del+mundo.htm [Consultado el 20 de septiembre de 2011]

Autor: Wuendy Solano.

Evolución de los puentes

    Los puentes son estructuras de partes metálicas reforzadas con cemento,  facilitan el acceso a lugares donde los ríos y el subsuelo no permite el paso, su construcción genera muchos gastos o costos, son propensos a la acción corrosiva por las aguas, gases y humos,  su mantenimiento es constante.  Con la baja de los precios del acero se han realizado gran cantidad de puentes y monumentos de acero; su diseño se realiza minuciosamente por la tecnología de la ingeniería existente en cada país, brindan alternativas de solución para la comunicación. Su Evolución  a través de los años a permitido la innovación generado las mejoras hasta en la selección del acero que se utiliza para su elaboración.

    A lo largo de la historia ha sido notable, mediante las progresivas investigaciones se dio lugar a la invención de la celosía siendo utilizado para dar rigidez a flexión de sus elementos estructurales, posterior a la Segunda Guerra Mundial el desarrollo de la tecnología ha permitido que los puentes metálicos sean una excelente opción a la hora de construir un puente logrando una mayor capacidad resistente, disminuir el peso propio y material moldeable; este desarrollo se produce principalmente en Alemania  para las grandes obras con la estructura celosía, pero el costo de fabricación más reducido de la estructura de alma llena y el menor número de uniones a realizar,  tuvo un gran desarrollo en la construcción naval durante la Segunda Guerra Mundial.

    El costo de los puentes metálicos, ha dado origen a los puentes mixtos, que sustituye al tablero metálico (parte más costosa del puente) por una losa de hormigón, sin embargo las luces son menores. El puente arco metálico ha seguido su camino en las dos morfologías conocidas del material, utilizando el alma llena o la celosía. El mayor arco metálico construido fue terminado hace pocos años utilizando una estructura en celosía tanto para el arco como para el tablero. Últimamente se están construyendo arcos metálicos con sección tubular. La celosía en puentes rectos ha seguido su camino desde el siglo en que apareció, pero su frecuencia actual es pequeña y se la ve todavía en la tecnología de EE.UU. y Japón. Es por esto que conforme la tecnología ha ido avanzando, se han incorporado nuevas formas de resolver los  problemas.

Aguirre C. Figueroa A  “Los puentes metálicos están conformados por elementos longitudinales de sección transversal limitada, que resisten las cargas por la acción de flexión”. 2008

    Concluyendo que los puentes metálicos son construcciones desde los antepasados de la historia, existen:  colgantes, de madera, armados, de hormigón armado, hormigos pretensado, pontones, de vigas simples, de placas, puentes de armadura en celosía, puente arqueados, puentes cantiléver,  puentes giratorios y puente de elevación vertical,  son duraderos a medida de lo posible, sus construcciones son a través de diseños minuciosos; la ingeniería ha generado nuevas tecnología para el desarrollo utilizando los conocimientos de ingenieros capacitados en el ramo. Su uso facilita el acceso a lugares remotos, es notable su evolución y sus crecientes investigaciones para la invención de elementos estructurales.

    Garcés D. (2008). ¨Evolución de puentes colgantes con estructura de acero”. [Disponible]. Progresos constructivos de la ingeniería. Española. ROP, n. 2.691. En CICCP 1982. En Barcelona, España. Material recuperado en junio de 2011.

Autor: Paola Prato

Sismo-resistencia en los puentes de arco

    Los terremotos de Loma Prieta en 1989, de Northridge en 1994 han mostrado que los puentes son estructuras sísmicamente vulnerables. Aún cuando los puentes arco no han sufrido daños severos en sismos pasados, ni aún en los eventos mencionados, esto no significa que no puedan sufrirlo en algún futuro sismo de gran intensidad. Este tipo de estructuras tiene un comportamiento complejo durante los movimientos sísmicos fuertes; ya que el arco es un elemento sometido primordialmente a una gran fuerza axial de compresión debida a la carga muerta, resulta de gran importancia conocer la magnitud de los elementos mecánicos generados durante el sismo.

El arco es un elemento sometido primordialmente a compresión bajo cargas permanentes; para esto, la directriz del arco debe seguir la curva anti funicular de dichas cargas. Naturalmente, las acciones sísmicas generan condiciones cambiantes de los elementos mecánicos, rotaciones, fluencia de los apoyos y efectos adicionales de pandeo dentro o fuera del plano. La presencia de la compresión en el arco mantiene latentes los problemas de pandeo y si ésta cambia modifica las cargas críticas de diseño.

Los puentes arco son estructuras que exhiben un comportamiento complejo durante la ocurrencia de movimientos sísmicos fuertes (Japan Road Association, 1996), y para evaluar su respuesta de manera objetiva debe recurrirse a análisis dinámicos inelásticos que consideren la naturaleza espacial del movimiento, incluyendo los modos superiores de vibrar de la estructura que sean necesarios, pues éstos pueden tener una participación muy importante en la predicción de la respuesta. El uso de métodos estáticos empleando un coeficiente sísmico, como se hacía anteriormente en Japón (Kawashima y Mizoguti, 2000), han quedado en desuso; inclusive el análisis pushover, usado para evaluar el comportamiento estructural y las demandas sísmicas de otras tipologías de puentes, no puede reproducir fielmente la respuesta dinámica (Krawinkler y

Seneviratna, 1998).

Las acciones sísmicas en los estados elásticos e inelástico generan condiciones cambiantes de los elementos mecánicos, de los desplazamientos, posible fluencia de los apoyos y efectos adicionales de pandeo dentro o fuera del plano. La presencia de la compresión mantiene latentes los problemas no lineales de pandeo modificándose las cargas críticas de diseño, mismas que dependen de las condiciones de apoyo, del comportamiento de los materiales, de las propiedades de las secciones transversales, de la longitud del eje y del claro del arco, de las características del tablero, de la vinculación arco–tablero, y de las posibilidades de movimiento lateral.

Para el cálculo de las propiedades dinámicas de estos puentes es necesario tomar en cuenta el efecto de la gran carga axial que actúa en el arco, y que contribuye a disminuir la rigidez del sistema, inclusive puede volverlo inestable. Además, durante la ocurrencia de un movimiento sísmico fuerte, se presenta una variación muy importante de la fuerza axial en el arco, por lo que es necesario considerar la interacción no lineal de dicha fuerza axial y el momento flexionante. Existen tres métodos que pueden ser aplicados para considerar la fluctuación de la fuerza axial (Nakagawa et al., 2000):

1. Las relaciones momento–curvatura se modelan para cambiar de acuerdo con el valor de la fuerza axial,

2. El efecto de la fluctuación de la fuerza axial es considerado directamente en el análisis empleando elementos fibra.

3. Inicialmente, se emplea la relación momento–curvatura debida a la fuerza axial causada por la carga muerta y se hace un primer análisis. En seguida se reanaliza la estructura con las relaciones momento–curvatura debidas a la fuerza axial mínima y máxima ocasionadas por la carga gravitacional más sismo, para estudiar de manera aproximada el efecto de la variación de la fuerza axial.

Este fenómeno de fluctuación de la carga axial durante el movimiento sísmico ha sido considerado en algunos estudios relativos a puentes de acero (Nazmy y Konidaris, 1994; Nazmy, 1996), pero se nota la falta de un modelo confiable para el caso de concreto reforzado (Kawashima y Mizoguti, 2000; Nakagawa et al., 2000). Se requiere mayor investigación al respecto.

Los puentes arco de gran claro son sistemas muy flexibles, con periodos largos. Para evaluar su respuesta deben incluirse pulsos de desplazamiento de fuente cercana si la estructura se localiza en las proximidades de una falla activa, como lo considera el reglamento japonés (Japan Road Association, 1996). Además, es necesario tomar en cuenta el movimiento no sincrónico del suelo en los desplantes de la cimentación, fenómeno conocido como variabilidad espacial, y que es causado por la diferencia en tiempos de llegada de las ondas sísmicas a los diferentes apoyos, la pérdida de coherencia del movimiento y la influencia de las condiciones locales del suelo (Der Kiureghian y Neuenhofer, 1992).

En conclusión, los puentes son obras civiles de las que se requiere su integridad estructural y accesibilidad después de la ocurrencia de un sismo. Sin embargo, algunos movimientos telúricos fuertes recientes han mostrado que los puentes, en general, son estructuras sísmicamente vulnerables, aunque hasta ahora los puentes arco no han sufrido daño severo por sismo. Así de esta manera fue realizado este artículo en aras de contribuir en la comprensión del comportamiento de dichos puentes.

    Bengoechea. A. (2004). Sismo-resistencia en los puentes de arco  [Disponible]. En Revista de Ingeniería Sísmica, SMIS, No. 63, pp. 55-71. En Cádiz, España. Material recuperado en julio de 2011.

Autor: Joel Zambrano

Materiales empleados en la construcción de puentes

(Fotografía de un puente de arco en construcción)

    Los materiales tienen una importancia decisiva en la configuración de los puentes. A lo largo de la historia se han ido empleando distintos materiales en su construcción, evolucionando estos hasta la utilización actualmente de materiales compuestos formados por fibras de los mismos muy resistentes. Madera, piedra, hierro, hormigón, ladrillo y aluminio han sido ellos utilizados con más frecuencia en la construcción de este tipo de estructuras.

      

    Asimismo en una primera etapa de la historia de la construcción de puentes los materiales que se usaban eran la piedra y la madera.de la misma manera a finales del siglo XVIII XX se comenzó a utilizar el  hierro fundido, siendo este sustituido por el hierro forjado a mediados del siglo XIX,  y  a finales de este siglo  dio su aparición  el acero superando a ambos en resistencia y calidad. También al terminar el siglo XIX  hace su aparición el hormigón  permitiendo hacer arcos mayores  de allí nace el hormigón armado una asociación de  este con el hierro y a la mitad del siglo aparece el pre tensado una colaboración  perfecta del acero con hormigón. 

        Además algunos de los sistema de aplicación de dichos materiales se reflejan  en ; sistema de superestructura que comprenden todos los elementos del puente que están por encima de los apoyos; La losa de calzada, Son de concreto armado, pueden ser también de planchas de acero o de entablado de madera. Además Miembros Principales. Distribuyen longitudinalmente las cargas rodantes a los apoyos a través de la losa de calzada, pueden ser de vigas de acero, de concreto normal o pre/pos tensadas, cerchas, también Miembros Secundarios. Son los separadores o arriostramientos de los miembros principales, evitan las deformaciones transversales y contribuyen en la distribución de las cargas a los miembros principales; Sistema de Infraestructura. Elementos del puente requeridos para apoyar la superestructura y trasmitir sus cargas al suelo .

       

    En síntesis se ha demostrado que los materiales en la construcción de puentes han ido evolucionando y con ellos la calidad de los mismos, por lo tanto se brinda a la humanidad la oportunidad de disfrutar de estas estructuras por un índice de tiempo mayor a medida q pasan los años. 

    Suarez. M. (2000). Materiales empleados  en la construcción de puentes [Disponible]. En http://www.miliarium.com/monografias/Puentes/Materiales.asp. En Madrid, España. Material recuperado en julio de 2011. 

Autor: Angela Maldonado