PUENTE

YESID SIERRA

CÓDIGO: 6575

EDWIN STEVEN PATIÑO ORTIZ

CÓDIGO: 5513

FABIAN ALFONSO

PROYECTO

ING. JIMMY BARCO BUSRGOS

ESCUELA COLOMBIANA DE CARRERAS INDUSTRIALES

AREA: RESISTENCIA DE MATERIALES

BOGOTÁ D.C

2015

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

Crear, diseñar y construir un prototipo que funcione como puente y sostenga el peso requerido

usando material como palitos de paleta.

OBJETIVOS ESPECIFICOS

Aplicar los conceptos dados en clase para ponerlos en práctica en el proyecto que se

desarrollará.

Lograr que el puente tenga la precisión, altura y especificaciones requeridas para poder

ganar la competencia que se va a realizar.

Observar videos y tomar inspiraciones en proyectos ya realizados.

Implementar materiales de fácil acceso para la construcción del prototipo

Comprender la importancia del uso de diferentes materiales en el prototipo.

MARCO TEORICO

Sobre la ruta Kobe-Naruto, se encuentra la pequeña isla Awaji entre Honshu ja Shikoku. El

Estrecho de Akashi de 4 Km. de ancho está entre Awaji y Honshu. El Puente Akashi-Kaikyo recibe

su nombre por esa razón: en Japón la palabra "Kaikyo" significa "Estrecho". El puente que cruza el

Estrecho Akashi está ubicado unas decenas de kilómetros al oeste de Kobe, que es a su vez el

oeste de Osaka. El pesado tránsito marítimo por el Estrecho de Akashi (unos 1400 barcos al día)

determina un largo tramo principal para el puente [5]. La velocidad máxima de tránsito en el

estrecho es de 4,5 m/s.

En la misma ruta Kobe-Naruto, al sur del Estrecho Akashi y entre las islas Awaji y Shikoku, se

completó el Puente Ohnaruto en 1985. Es un puente colgante de tramo principal de 876 m.

El Puente Akashi fue propuesto por primera vez en los años cincuenta. El tramo principal siempre

estaba aumentando. En los años sesenta se consideró que sería de 1300-1500 m., un record

mundial en aquellos tiempos [6]. En los años setenta, el tramo principal fue aumentado a 1780 m. y

el puente fue propuesto tanto para tránsito de carretera como el ferroviario. En 1985, la alternativa

ferroviaria fue abandonada y se decidió restringir el puente sólo para uso de la autopista. Según

cuidadosas consideraciones (tránsito marítimo pesado, condiciones difíciles para las bases), el

rango óptimo para el tramo principal parecía ser 1950-2050 m. El principal tramo final sería de

1990 m., enojosamente menor que la marca mágica de dos kilómetros.

Incluso esto excede en un 41 % el record previo: el Puente Humber en Gran Bretaña, tramo

principal 1410 m., fechado en 1981.

La construcción del Puente Akashi se comenzó en Mayo de 1988, y el período de construcción

duró diez años. De su tipo es un puente colgante de tres tramos, dos colgantes articulados con

armaduras de acero reforzado, vigas para la estructura del tablero, tramos diseñados 960 1990 960

m.= 3910 m., tramos construidos un poco más largos. El puente está ubicado entre Maiko (en

Shikoku) en el norte y Matsuho (en Awaji) en el sur. En cada extremo hay un corto viaducto hecho

de concreto.

Debe mencionarse que realmente la longitud de este puente colgante es de casi 4 Km. es apenas

10 % del puente más largo del mundo. Ese record pertenece al Segundo Lago Pontchartrain

Causeway, en Louisiana, E.E.U.U., que data de 1969. Es un puente multi-tramo, longitud total 38

Km. 422 m, mientras sus tramos son sólo de casi 25 m. en promedio. De modo que el Puente

Akashi es el puente de tramo más largo del mundo.

El tramo principal del Puente Akashi fue el primero en superar la milla inglesa (1609 m.), y en el

presente es el único que excede la milla náutica (1852 m.). Con mayor razón se puede decir que

en muchos aspectos este es el puente más sobresaliente del milenio pasado. Durante el nuevo

milenio, se pueden construir algunos puentes de tramo más largo. Para mencionar algunos de los

gigantescos puentes del futuro:

Los enormes anclajes de los cables (bloques de soporte), hechos de concreto, se colocan en

ambas orillas. Para evitar la corrosión de los alambres de los cables, se mantiene al máximo la

humedad relativa del aire dentro de los anclajes 60 %, prácticamente cerca de 40 % [9].

Ambas torres, ubicadas en el mar están basadas en grandes cajones neumáticos de 80 m. de

diámetro, profundidad de la base cerca de 70 m. bajo el nivel del agua, lo cual casi es un record.

Entre los puentes de tramo largo (>1000 m.), la torre sur del Ponte 25 de Abril en Lisboa tiene la

mayor profundidad de base bajo el agua del mundo (80 m.).

Las torres del Puente Akashi están hechas de acero, tienen una altura de 283 m. por encima de los

pilares, 297 m. medidos desde el nivel del agua. Estas son las torres de puente más altas del

mundo. Debido a la curvatura de la superficie terrestre, la distancia entre las torres es 93 mm. más

larga en lo alto que en la base. Entre los puentes colgantes de tramo largo (>1000 m.), la mayoría

de los puentes tienen torres de acero. Algunos puentes tienen torres de concreto, como el Great

Belt, Runyang (1490 m; dt. 2005), Humber, Jiangyin, Tsing Ma, Höga Kusten: principalmente

puentes en Europa y China.

Puente Akashi: vista hacia Honshu en el norte (desde Kobe ). Foto tomada desde el tope de la

torre sur (desde Awaji ). Se extiende a la torre norte que se ve al fondo a una distancia de cerca de

2 Km.

1.4 Cables principales y tirantes

El Puente Akashi tiene 2 cables principales, cada uno de 1122 mm. de diámetro, un record

mundial. Cada cable consta de 290 cordones de alambres paralelos, cada una de 127 alambres de

alta resistencia 5,23 mm. de diámetro. Por lo tanto, cada cable contiene 36'830 alambres paralelos,

con una longitud total de cerca de 300'000 KM. Los alambres son de grado de alta resistencia

especial, resistencia última de tensión de 1800 MPa (180 kgf/mm2). Por lo tanto se necesitan sólo

dos cables principales, mientras el grado previo 1600 MPa necesitaría cuatro cables principales. El

alambre piloto de fibra poly-aramid de 10 mm. de diámetro fue trasladado a través del estrecho en

helicóptero, un método usado por primera vez para un puente colgante de gran tamaño. Los

alambres de los cables están cuidadosamente protegidos contra la corrosión. Además el ambiente

dentro de los cables se mejora inyectando aire seco en los cables.

Con la mayoría de los puentes de tramo largo (>1000 m.), los cables principales son construidos

usando el método convencional AS (centrifugado de aire), usado desde finales del siglo XIX. En

esa técnica, unos pocos alambres continuos de acero en paralelo son halados a la vez con bovinas

especiales entre los bloques de soporte.

En la técnica moderna PPWS (Ramales de alambres prefabricados en paralelo) los cables constan

de ramales de alambres paralelos prefabricado.

Esta técnica es aplicada en el Puente Akashi y en algunos otros puentes colgantes de tramo largo

en Japón (por ejemplo: Minami, Kurushima, Kita), y también en China (por ejemplo: Jiangyin, Xiling,

Boca Tigris-1, presumiblemente también Runyang, pero no Tsing Ma). Esos países tienen las

fábricas necesarias para esta técnica.

Los tirantes del Puente Akashi son verticales. Este es el caso de todos los puentes colgantes de

largo tramo después de la culminación del Puente Humber en 1981. Sólo 3 puentes colgantes de

gran tamaño tienen tirantes inclinados: Humber, Bósforo, y Severn.

Leena Virola midiendo el modelo de escala 1/1- del cable principal del Puente Akashi cerca del

Pavilion Maiko en la orilla norte (del lado de Kobe). (Foto: Juhani Virola)

1.5 Tablero y altura libre

El tablero del Puente Akashi consta de resistentes vigas de acero reforzado, ancho 35,5 m.,

profundidad 14,0 m. Se estudió un tablero aerodinámico de viga de caja de acero, pero en este

caso el límite superior del tramo principal parece ser de 1600 m., por lo cual el Puente Akashi

excede por casi 400 m. Debería mencionarse que los siguientes puentes de tramo largo (>1000 m.)

tienen tablero en viga cajón de acero: Great Belt, Runyang, Humber, Jiangyin, Tsing Ma, Höga

Kusten.

El ancho efectivo del Puente Akashi es de 30,0 m. y la altura libre es de 65 m., mientras la mayor

altura libre entre los puentes colgantes de gran tamaño (>1000 m.) es 70 m. del Ponte 25 de Abril

en Lisboa. El tablero del Puente Akashi tiene espacio para 3 3 canales para tránsito de autopista,

velocidad de diseño para vehículos 100 Km/h, sin canales para tránsito ligero. El tránsito de

mantenimiento principal se hace usando la ancha plataforma de vigas de acero a un nivel más bajo

de la armadura de vigas de rigidez (de ese modo caminamos a lo largo de la ruta de servicio desde

el anclaje sur hacia la torre sur).

Dependiendo de las cargas, los desplazamientos máximos del tablero pueden variar dentro de los

siguientes rangos: verticalmente 8 m. hacia arriba y 5 m. hacia abajo, horizontalmente 27 m. en

cada dirección. Hay uniones de expansión en los anclajes y articulaciones en las torres.

1.6 Terremoto severo en Kobe

El Puente Akashi está diseñado para vientos de hasta 80 m/s y también para terremotos severos

de 8,5 en la escala Richter. El 17 de Enero de 1995, un terremoto de 7,2 en esa escala ocurrió en

el área de Kobe y murieron 6000 personas [5]. El epicentro del terremoto estaba ubicado cerca del

extremo sur del Puente Akashi, a varios kilómetros de la propia ciudad de Kobe. El puente

experimentó una prueba de resistencia a terremotos severos, ya que la magnitud del terremoto fue

cerca de 8 Richter en el lugar del puente. Cuando ocurrió el terremoto, las torres y los cables del

puente estaban casi terminados, y la construcción del tablero estaba por comenzar. Edificios y

puentes colapsaron incluso a una distancia de 50 Km. del Puente Akashi.

Pareció que el Puente Akashi sobrevivió con sólo daños menores [11]. Debido al movimiento de la

tierra, la torre sur se desplazó 80 cm. hacia el sur y los topes de las torres se inclinaron 10 cm.

hacia el sur.

El tramo principal aumentó 80 cm. y casi alcanzó los 1991 m. Además, el tramo del lado sur

aumento 30 cm. En consecuencia, la longitud total del puente colgante aumentó 110 cm. Como

resultado la curva de los cables principales disminuyó en 130 cm. Se estima que los daños no

habrían sido tan ligeros si los cables no hubieran estado instalados. A pesar del terremoto, el

Puente Akashi fue terminado según la programación original en la primavera de 1998.

LA CONSTRUCCION DEL PUENTE DE AKASHI KAIKYO:

El majestuoso puente japonés de Akashi Kaikyo es el puente en suspensión más alto, largo y

costoso del mundo, se yergue contra todo pronóstico en uno de los lugares más difíciles para su

construcción, debido a que se encuentra en la ruta de los tifones, al merced de vientos que

alcanzan la increíble velocidad de 290 km/h, una potencia capaz de arrancar los tejados de las

casas y desraizar los árboles. Además, atraviesa una de las rutas comerciales más concurridas y

por lo tanto, más peligrosas del mundo debido a su transito naval, con el añadido de situarse en

medio de una importante zona de terremotos. Por todas estas razones, era un puente que nadie

pensaba que se pudiera construir, sin embargo la ingeniería nos demuestra una vez más que no

hay nada imposible.

El colosal puente Akashi Kaikyo tiene una enorme autopista de seis carriles que conecta la

dinámica metrópolis de Kobe, en la isla principal, con la isla de Awaji hacia el sur. Para los

habitantes de los pueblos pesqueros de ese lugar, constituye un enlace vital con las escuelas y

hospitales de la ciudad de la isla principal. El puente representa un símbolo de orgullo nacional

para Japón y es el eslabón final de una red de puentes que conectan las cuatro islas niponas,

proporcionando un transporte rápido y eficaz, abriendo el acceso al comercio, a las empresas y al

turismo en toda la zona.

Este puente es todo un hito de la ingeniería que está en posesión de tres récords del mundo, con

sus 280 metros de altura, es el puente en suspensión más alto del mundo, cada una de sus dos

torres mide tanto como un edificio de 80 pisos. Con un arco central de más de 1,6 km es el puente

en suspensión más largo del planeta y casi duplica la longitud del puente Golden Gate de San

Francisco. Y si esto fuera poco, también es el puente más caro que se ha construido en la historia

con un coste de más de tres mil millones de euros.

El agua que atraviesa es la pesadilla para un ingeniero de caminos, el estrecho de Akashi es una

barrera de 4 kilómetros de mar hostil que separa la isla de Awaji con el resto de Japón. Tiene más

de 100 metros de profundidad con una corriente cercana a 14 km/h en los días de calma. La zona

se ve azotada frecuentemente por tifones y vientos racheados que alcanzan una velocidad de 290

km/h y destruyen casi todo lo que encuentran a su paso. El estrecho es además una de las rutas

comerciales más concurridas de Japón y la arteria principal que conecta las cuatro islas niponas.

Todos los días más de mil barcos atraviesan estas aguas densamente transitadas, y en primavera

los peligros se incrementan, una espesa niebla se apodera del canal y provoca el hundimiento de

cientos de barcos todos los años.

Los gobiernos nacional y local estudiaron durante años la construcción de un puente sobre la

barrera de los estrechos de Akashi, para conectar a una de las ciudades más grandes del país con

la isla de Awaji y sus pueblos pesqueros. Pero tuvo que ocurrir un desastre fatal para que el

proyecto se materializara, una colisión de dos Ferris que transportaban niños hacia el colegio,

produjo una grave tragedia con multitud de fallecidos. El accidente provocó que el gobierno se

replantease la necesidad de llevar a cabo el proyecto del puente.

Para enfrentarse a semejante desafío, el gobierno japonés creó la autoridad del puente Honshū

Shikoku, su misión consistió en construir lo imposible, hicieron falta 30 años de investigaciones de

nuevas tecnologías antes de empezar a construir el puente. En Mayo de 1988 se iniciaron las

obras y los constructores se enfrentaron al proyecto más atrevido de su carrera, tenían por delante

10 años de retos desconocidos, contratiempos y desastres naturales. La construcción del puente

en suspensión más grande del mundo representaba una labor monumental, hicieron falta más de

dos millones de obreros, miles de millones de euros, 181 toneladas de acero y 1,4 millones de

metros cúbicos de hormigón. Sus cimientos son del tamaño de un edificio de 20 pisos, sus torres

son casi tan altas como la Torre Eiffel de París y sus cables podrían dar la vuelta al mundo siete

veces.

El puente de Akashi iba a ser casi medio kilómetro más largo que cualquier puente en suspensión

que se había construido hasta entonces. En teoría el diseño de puentes en suspensiones es muy

sencillo, sobre el agua se extiende dos cables principales sujetados por dos torres, la carretera

cuelga de esos cables que están anclados a ambos lados de la misma, es una fórmula probada

hasta la saciedad y funciona de forma excelente. Pero la longitud de los puentes en suspensión

tienen un límite, para impedir que se desplome los cables y la carretera, tienen que ser muchos

más fuertes y tan ligeros como sea posible. Cuanto más largo sea un puente más pesa, un puente

en suspensión esta diseñado en primer lugar para sostener su propio peso, y la fortaleza de sobra

será utilizada para soportar la carga de tráfico. El puente de Akashi soporta el 91% de su propio

peso y sólo el 9% de su carga corresponde al tráfico de vehículos.

En Mayo de 1988, el primer problema al que se enfrentaron los ingenieros japoneses fue donde

colocar los enormes cimientos donde reposaría el puente, ya que los traicioneros estrechos de

Akashi les ocasionaron más de un quebradero de cabeza. El lugar ideal para su construcción

estaba en medio de un canal marítimo muy concurrido, y los cimientos supondrían un obstáculo

importante para las innumerables embarcaciones que lo surcaban todos los días. El canal media

casi 1,5 kilómetros de ancho, y para evitarlo con seguridad tuvieron que separarse casi dos

kilómetros, lo que convirtió a Akashi en el puente en suspensión más largo del mundo, pero había

que resolver algún problema aún mayor, normalmente los cimientos de los puentes se colocan en

medio del agua, se rellena de hormigón secciones cilíndricas y se hunden por su propio peso, se

repite el proceso y se levantan los cimientos desde las orillas en distintas fases, pero los estrechos

de Akashi tienen 110 metros de profundidad y son muchos más hondos que la mayoría de los

cimientos donde se construyen puentes, es más, las rápidas corrientes impiden que se empleen las

técnicas normales de construcción porque el agua lo arrastra todo, así que a los diseñadores del

puente se les ocurrió una solución novedosa, arriesgada y no comprobada a esa escala.

Propusieron fabricar dos enormes moldes de acero en diques secos, uno para cada una de las

cimentaciones del puente, una vez fabricadas se remuelcan hacia el mar y se hunden con precisión

en el punto exacto, hasta entonces nadie había intentado hacer nada igual a una escala similar.

En Marzo de 1989, los gigantescos moldes de acero para los cimientos del puente ya estaban

acabados, sus anillos huecos de dos capas de acero median 70 metros de alto y 80 metros de

ancho. A las 5:30 pm del 26 de Marzo, 12 remolcadores zarparon del muelle arrastrando hacia el

mar la primera de las dos grandes estructuras huecas, no era una tarea fácil porque cada molde

pesaba 15.000 toneladas, el equivalente a 40 aviones Jumbo. Bajo la supervisión de la guardia

costera, las barcazas remolcaron los inmensos rascacielos flotantes a través de la concurrida ruta

de navegación y sobre aguas turbulentas. Se tardó 38 horas en trasladar cada uno de los dos

moldes hasta su sitio, posteriormente se emplearon 32 bombas de agua para llenar de agua a cada

uno de los gigantescos moldes, llenando individualmente 250 millones de litros de agua, tardando

más de 8 horas en finalizar este proceso para conseguir que los cimientos se asentaran en el lecho

marino correctamente.

Para completar los gigantescos cimientos, tenían que rellenarlos de hormigón pero existía un

problema, los cimientos estaban llenos de agua y si se vierte hormigón ordinario se disuelve como

una aspirina, para resolver ese problema los ingenieros tuvieron que hacer algo que nunca se

había hecho antes, crear un súper-hormigón que se endureciese con el agua. El hormigón

desarrollado fue insertado en sustitución al agua de mar presente en los cimientos, al comenzar

esta operación se rellenó con más 265 metros cúbicos de hormigón.

En los 200 años de vida estimados en el puente, deberá de enfrentarse a grandes terremotos con

regularidad, además los constructores sabían que los cimientos de hormigón podían agrietarse y

hundirse durante un terremoto porque no son lo suficientemente flexibles. El plan de los ingenieros

era fabricar un acero resistente a temblores de hasta una marcación de 8,5 en la escala de Richter,

haciendo que se disparase el presupuesto hasta los tres mill millones de euros.

Cada torre del puente de 283 metros estaba formada por cinco secciones de 170 toneladas

encajadas cada una encima de la otra, por más de 700 mil tornillos. Cada sección tenía que ser

perfectamente llana, cualquier irregularidad se iría magnificando a medida que la torre ganase

altura, si las torres se desviaban nada más un par de centímetros al llegar a su máxima altura, el

puente podría derrumbarse. Por todo ello su construcción y ensamblaje requirió de una precisión

absoluta y detallada, tardando 18 meses en completar todo el proceso de construcción de las

torres.

En noviembre de 1993, los ingenieros iniciaron la fase más crítica del proyecto, la construcción del

gigantesco cable principal de más de un metro de ancho del que suspendería casi todo el peso del

puente, un total de 160 mil toneladas, tres veces el peso del Titanic. Fueron necesarios 300 mil

kilómetros de cables, suficientes para rodear la tierra siete veces, además cada uno de los dos

cables principales estaba fabricado con 37 mil hebras de alambre. El peso de unos cables tan

grandes es uno de los elementos que limitan la longitud de los puentes en suspensión, cuantos

más largos son más pesan y al final el puente se hunde por su propio peso.

EL PUENTE SE DIVIDE EN :

1. PALITOS DE PALETA

Se utiliza como la base y la contextura del puente ya que es una de las partes más importantes al

momento de llevar a cabo la construcción.

2. TORNILLOS

En este caso los tornillos fueron los que nos unieron un palo de paleta a otro y también son los que

nos unieron los nodos

3. Bisturí

Es un objeto en forma de cuchillo de hoja fina y puntiaguda de una o dos cortes compuesto por una

lámina de acero y un mango metálico o de plástico. Es muy usado en manualidades ya que es muy

preciso y tiene un corte muy fino. En nuestro caso se utiliza para darle forma y contextura a nuestro

puente ya que con este cortábamos los palos para dejarlos a la medida exacta.

6. colbon

Se utilizó para poder anexar los palos con la base darle textura y un mejor acabado.

ESPECIFICACIONES

Diseñar y fabricar un puente incluyendo las partes que lo componen.se puede usar cualquier tipo

de herramienta incluyendo, bisturí y si es necesario, sus principales materiales deber ser palitos de

paletas y tornillos con el fin de observar su ensamblaje y diseño para que pueda soportar la mayor

cantidad de peso.

POSIBLES SOLUCIONES

*el puente puede ser diseñado de cualquier medida pero siempre teniendo en cuenta que se debe

conservar su forma, la fabricación del puente se elabora desde unos palos de paleta ya que es

muy fácil de trabajar y manejar y hací podremos darle forma.

* puede realizarse un diseño pequeño ya que tiene como objetivo dar a conocer su funcionamiento

* utilizar varios tipos de palos de diferentes medidas y longitud

*utilizar varios tipos de tornillos

ANALISIS Y SELECCIÓN

Analizando cada una de las propuestas para el diseño y la construcción del puente podemos

concluir que:

Construir el puente de palitos de paleta y tornillos sería de gran ventaja ya que es un material

liviano de fácil manejo tiene la característica que para adquirirlo es muy fácil ya que nos podría

ahorrar tiempo al momento de buscar otro tipo de material, ya que también nos ofrece los

parámetro requeridos y la resistencia necesaria. Ahora los factores negativos que puede tener este

tipo de material es que es muy delicado y frágil ya que se puede romper o perder forma muy

rápido.

CONSTRUCCION

En la imagen podemos apreciar la construcción del prototipo de un puente; cuya estructura está construida en forma de triángulo, también conocida como estructura de tipo pratt; esta, está totalmente construida de materiales reciclables como “palitos de paleta” siendo este el material primordial y un parámetro a seguir para la construcción del mismo.

Aquí podemos observar como ya se había mencionado, el puente está conformado por varios componentes y factores que hacen de este diseño de estructuras uno de los más fuertes, resistentes y más utilizados en la industria conformada por:

Una estructura en triangulo o tipo pratt, un mástil situado en el medio de la estructura, además de esto también encontramos en el mismo, materiales como nylon haciendo el papel de tensores jugándose un papel importante en el puente y por ultimo encontramos bases que ayudan a soportar totalmente la estructura de la estructura y todo el puente.

RESULTADOS

Durante la realización del proyecto obtenemos que se realizó un buen trabajo, ya que al

encontrarnos con varios obstáculos y dificultades a la hora de obtener su buena funcionalidad, esto

se logra mediante la improvisación con variedad de materiales, investigamos varios puntos de vista

y llegamos a encontrar cual eran las fallas y corregimos gracias a la opinión del docente, se logra

llegar a buen resultado.

Satisfactoriamente vemos que se dieron las cosas y los buenos resultados gracias a que hubo un

trabajo en equipo, que fue de gran importancia el punto de vista de cada integrante para que con

su aporte se complementara una sola idea y se viera reflejado en el proyecto. El trabajo en clase y

extra clase fueron ese complemento y cada idea que se acogía era adaptada para lograr una

buena funcionalidad, durante el corte el trabajo era constante, y efectivamente se llega a lo

planeado.

CONCLUSIONES

La alternativa de diseño seleccionada cumple con todos los requerimientos necesarios y satisface todos los problemas que se presentan en la actualidad en el puente, además de proporcionar una estructura estable y en su totalidad nueva.