HISTORIA DE LOS PUENTES El arte de construir puentes tiene su origen en la misma prehistoria. Puede decirse que nace cuando un buen día se le ocurrió al hombre prehistórico derribar un árbol en forma que, al caer, enlazara las dos riberas de una corriente sobre la que deseaba establecer un vado. La genial ocurrencia le eximía de esperar a que la caída casual de un árbol le proporcionara un puente fortuito. También utilizó el hombre primitivo losas de piedra para salvar las corrientes de pequeña anchura cuando no había árboles a mano. En cuanto a la ciencia de erigir puentes, no se remonta más allá de un siglo y nace precisamente al establecerse los principios que permitían conformar cada componente a las fatigas a que le sometieran las cargas. El arte de construir puentes no experimentó cambios sustanciales durante más de 2000 años. La piedra y la madera eran utilizadas en tiempos napoleónicos de manera similar a como lo fueron en época de julio Cesar e incluso mucho tiempo antes. Hasta finales del siglo XVIII no se pudo obtener hierro colado y forjado a precios que hicieran de él un material estructural asequible y hubo que esperar casi otro siglo a que pudiera emplearse el acero en condiciones económicas. económicas. Al igua iguall que que ocur ocurre re en la mayo mayorí ríaa de los los caso casos, s, la cons constr truc ucci ción ón de puen puente tess ha evolucionado paralelamente a la necesidad que de ellos se sentía. Recibió su primer gran impulso en los tiempos en que Roma dominaba la mayor parte del mundo conocido. A medida que sus legiones conquistaban conquistaban nuevos países, iban levantando en su camino camino pue puente ntess de madera madera más o menos menos perman permanen entes tes;; cuand cuandoo con constr struye uyeron ron sus calzadas pavimentadas, alzaron puentes de piedra labrada. La red de comunicaciones del Imperio Romano llegó a sumar 90000 km de excelentes carreteras. A la caída del Imperio sufrió el arte un grave retroceso, que duró más de seis siglos. Si los romano romanoss tendie tendieron ron pue puente ntess para para salva salvarr obstá obstácu culos los a su exp expan ansió sión, n, el hombre hombre medieval vela en los ríos una defensa natural contra las invasiones. El puente era, por tanto, un punto débil en el sistema defensivo feudal. Por tal motivo muchos puentes fueron desmantelados y los pocos construidos estaban defendidos por fortificaciones. A fines de la baja Edad Media renació la actividad constructiva, principalmente merced a la labo laborr de los los He Herm rman anos os del del Puen Puente te,, rama rama bene benedi dict ctin ina. a. El prog progre reso so cont contin inuó uó ininterrumpidamente hasta comienzos del siglo XIX. La locomotora de vapor inició una nueva era al demostrar su superioridad sobre los animales de tiro. La rápida expansión de las redes ferroviarias obligó a un ritmo paralelo en la construcción de puentes sólidos y resistentes. Por último, el automóvil creó una demanda de puentes jamás conocida. Los impuestos sobre la gasolina y los derechos de portazgo suministraron suministraron los medios económicos económicos necesarios necesarios para su financiación financiación y en sólo sólo unas décadas se construyeron más obras notables de esta clase que en cualquier siglo anterior. El gran número de accidentes ocasionados por los cruces y pasos a nivel estimulé la creación de diferencias de nivel, que tanto en los pasos elevados como en los inferiores requerían el empleo de puentes. En una autopista moderna todos los cruces de carreteras y pasos a nivel son salvados por este procedimiento.
PUENTES CONCEPTO Entenderemos por puente a aquella estructura diseñada y construida con el propósito de cruzar sobre un obstáculo natural como un rio o sobre uno artificial como otra via de comunicación permitiendo asi el transito. Un puente puede ser definido como una obra que permite pasar tráfico sobre un obstáculo natural o artificial, entre los obstáculos naturales se puede tratar de un río, un valle o una bahía, entre los artificiales puede ser otra vía de circulación como una carretera o una avenida dentro de una ciudad. Cuando la obra se compone de un gran número de tramos sucesivos se denomina viaducto. Cuando la obra esta reservada al tránsito peatonal, se denomina pasarela o puente peatonal. peatonal. A los puentes de luces luces pequeñas, pequeñas, del orden de hasta los cinco metros se les denomina pontones y alcantarillas cuando son de forma tubular y se construyen debajo del pavimento con la finalidad de desaguar las cunetas o pequeños riachuelos.
PARTES DE UN PUENTE Superestructura a. La Superestructura
-Tablero - Estructura principal b. La subestructura
- Estribos - Pilares C. La cimentación
- Zapatas, Pilotes y - Cajones (caissones)
D. Elementos auxiliares
Además, sobre el tablero del puente se colocan elementos accesorios como las veredas, barandas, etc. que en general constituyen carga muerta sobre la estructura del puente.
LA SUPERESTRUCTURA Se denomina superestructura al sistema estructural formado por el tablero y la estructura portante principal. El tablero
Está constituido por los elementos estructurales que soportan, en primera instancia, las cargas de los vehículos para luego transmitir sus efectos a la estructura principal. En la mayoría de los casos, en los puentes definitivos se utiliza una losa de concreto como el primer elemento portante del tablero. En los puentes modernos de grandes luces, en lugar de la losa de concreto se está utilizando el denominado tablero ortotrópico que consiste en planchas de acero reforzado con rigidizadores sobre el que se coloca un material asfáltico de 2" como superficie de rodadura. Él tablero ortotrópico de acero es mucho más caro que la losa de concreto, pero por su menor peso resulta conveniente en los puentes de grandes luces, por ejemplo, en la rehabilitación del tablero del puente colgante Golden Gate, se ha reemplazado la losa de concreto que estaba deteriorada por una placa ortotrópica. Al disminuir el peso del tablero se mejora la capacidad sismoresistente del puente. En los puentes provisionales en lugar de la losa de concreto se utiliza tablones de madera.
La Estructura Principal
Se denomina estructura principal, al sistema estructural que soporta al tablero y salva el vano entre apoyos, transmitiendo las cargas a la subestructura. Con la finalidad de aplicar adecuadamente los criterios y filosofía del diseño estructural, es importante identificar a que parte del puente pertenece un determinado elemento estructural, lo cual conforme vamos a ver. Depende del tipo de puente. Por ejemplo, en el caso del puente, la losa de concreto es el tablero del puente, mientras que el sistema formado por las vigas longitudinales y transversales (diafragmas) forma la estructura principal. En el caso del puente en arco de la losa, vigas y diafragmas de la parte superior del puente constituyen el tablero mientras que los anillos del arco forman la estructura principal. En el puente reticulazo del tablero esta formado por la losa y por las vigas que se encuentran debajo de la losa, mientras que la estructura principal la constituyen los dos reticulados longitudinales. En los puentes colgantes clásicos, el tablero está formado por la losa y los elementos de la viga de rigidez (reticulado longitudinal), y los cables constituyen la estructura principal que transmite las cargas a los anclajes y torres (pilares)
LA SUB ESTRUCTURA Compuesta por los estribos y pilares. Estribos son los apoyos extremos del puente, que transmiten la cara de este al terreno y que sirven además para sostener el relleno de los accesos al puente. Pilares son los apoyos intermedios, es decir, que reciben reacciones de dos tramos de puente, transmitiendo la carga al terreno. -Estribos son los apoyos extremos del puente. -Pilares son los apoyos intermedios Los pilares generalmente son de concreto armado, pueden ser de varios tipos: de una sola placa o una sola columna, o dos o más columnas unidas por una viga transversal. Los pilares de gran altura se hacen en sección hueca y en los otros casos de sección maciza. Los estribos pueden ser de concreto ciclópeo o de concreto armado.
Los elementos de la subestructura transmiten las cargas al terreno a través de su cimentación.
LA CIMENTACION La cimentación puede ser clasificada en dos grupos: - cimentación directa o superficial - cimentación profunda
La cimentación directa Se hace mediante zapatas que transmiten la carga directamente al suelo portante. Este tipo de cimentación se utiliza cuando el estrato portante adecuado se encuentra a pequeñas profundidades, a la cual es posible llegar mediante excavaciones.
La cimentación profunda Se utilizan cuando el estrato resistente se encuentra a una profundidad al que no es práctico llegar mediante excavaciones. Las cimentaciones profundas se hacen mediante: -
Cajones de cimentación (varios tipos)
-
Pilotaje
-
Cimentaciones compuestas (cajones con pilotes) En la cimentación del puente San Francisco Oakland se utilizaron cajones que se
hicieron hasta una prfundidad de 73.8m.
ELEMENTOS AUXILIARES En los puentes, además de los elementos estructurales indicados anteriormente, exiten los elementos de conexión entre la superestructura y la subestructura que son elementos o dispositivos que deben ser analizados y diseñados cuidadosa y
generosamente por cuanto se ha observado que su comportamiento es de suma importancia durante sismos, huaycos y cambios de temperatura. A los elementos de conexiones entre la superestructura y la subestructura de les denomina dispositivos o aparatos de apoyo. (fijo móvil)
CARGA EN LOS PUENTES Todo puente esta sometidos a las siguientes cargas o fuerzas a) b) c) d) e) f)
Peso Propio Sobrecarga Impacto Carga de viento Temperatura Sismo
Los estribos y pilares están sometidos además: empuje de tierra, empuje de la corriente del río fuerza centrífuga en los puentes en curva frenado.
CLASIFICACION DE PUENTES A.- De acuerdo a los materiales − − − − − −
De concreto Armado De concreto Pretensazo, Postensado De concreto Simple. De albañilería de Piedra. De madera. De metal.
B.- Desde el Punto de vista de la estructura. − − − − − −
Puentes de Carreteras Simplemente Apoyados. Continuos. En arco. En portico. Colgantes. Reticulados.
C.- De acuerdo a las cargas a las que estan destinadas. − Puentes de Carreteras − Puentes de Ferrocarril
− Puentes de Transporte Rápido
D.- Por la ubicación del tablero − Tablero Superior. − Tablero Inferior.
E.- Por la fijación del Tablero − Fijos. − Levadizos o − Giratorios
F.- Por la posición d el eje − Rectos − Inclinados − Puentes curvos
G.- Por el proceso constructivo − Pre - fabricada − Vaciado Sencillo − Puentes compuestos
H.- Por su Sección Transversal − Puentes Losa de Sección Maciza
− Puente Losa con Vigas (vigas T)
− Puentes de Sección Cajón
− Puentes de Sección Compuesta: Losa de Concreto y vigas de
acero
TIPOS DE PUENTES
SEGÚN LA ESTRUCTURA PUENTES FIJOS Puentes de vigas Puentes de arcos Puentes de armaduras Puentes cantiléver Puentes sustentados por cables Puentes de pontones PUENTES MÓVILES Basculantes Giratorios Deslizantes Elevación vertical Transbordadores
SEGÚN LOS MATERIALES Puentes de cuerdas, lianas, ... Puentes de madera Puentes de mampostería Puentes metálicos Puentes de hormigón armado Puentes de hormigón pretensado Puentes mixtos
PUENTES SEGÚN LA ESTRUCTURA Dentro de estos tipos de puentes podemos mencionar los puentes como son los siguientes:
PUENTES FIJOS.Dentro de este tipo de puentes se tiene una clasificación el cual se detallo en el cuadro anterior mostrado y para lo cual a continuación detallaremos cada una de ellos.
Puentes de vigas . Consisten en varios de estos órganos, que, colocados paralelamente unos a otros con separaciones de 1,2 a 1,5 m, salvan la distancia entre estribos o pilas y soportan el tablero. Cuando son ferroviarios, disponen de vigas de madera o acero y sus pisos pueden ser abiertos o estar cubiertos con balasto o placas de hormigón armado. Los destinados a servir el tráfico de vehículos son de acero, hormigón armado o pretensado
o madera. Las vigas metálicas pueden ser de sección en " I" o de ala ancha; los caballetes de madera forman vanos con vigas o largueros que descansan en pilas de pilotes del mismo material o en pilotes jabalconados. Los puentes de vigas de hormigón armado o de acero pueden salvar tramos de 20 a 25 m; para distancias superiores se utilizan mucho el acero y el hormigón pretensado y, cuando la longitud es considerable, las vigas son compuestas. Se han construido algunos puentes con vigas de hormigón pretensado, de sección en "I", que salvan tramos de hasta 48 m.
Puentes de vigas armadas . Constan de dos de estos elementos que soportan el piso. Si el tablero está apoyado cerca de las pestañas inferiores de las vigas y el tráfico pasa por entre ellas, el puente se llama vía inferior; si, por el contrario, lo está en la parte superior, se denomina de paso alto. Cuando el puente sirve a una carretera, es preferible el segundo tipo, que puede ser ensanchado para acomodarlo a posibles aumentos de tráfico. Las vigas armadas metálicas son de sección " I" y van reforzadas por remaches. Los puentes de esta clase pueden ser de un solo tramo o continuos. Los primeros llegan a cubrir tramos de hasta 40 m. Algunas veces también reciben el nombre de puentes de vigas armadas los de gran longitud cuyas vigas tienen secciones compuestas.
Puentes continuos. Pueden ser de viga de celosía, de vigas de acero de alma llena, de vigas o viguetas de hormigón armado o de vigas o viguetas de hormigón pretensado. Los puentes continuos de viga de celosía suelen ser de dos o tres tramos, pero los de viga armada pueden salvar ininterrumpidamente muchos tramos. Los refuerzos contra la carga tensil de las vigas continuas de hormigón armado deben colocarse cerca de la parte superior de las mismas, en el área situada sobre los soportes, pues allí es donde se producen los esfuerzos citados. Las vigas y viguetas de los puentes continuos de hormigón pretensado tienen sección en "I" o tubular. El puente continúo de tres tramos, con arco anclado en el central, modelo relativamente reciente y de estructura siempre simétrica, es muy estimado para salvar grandes distancias. Aparte de su valor estético se le considera muy adecuado para las estructuras cantilever. El puente continuo más largo es el de Dubuque (Norteamérica, estado de Iowa) sobre el río Mississippí, con un tramo central de 258 m de longitud.
Puentes de Arco. Cuentan entre los más atractivos logros de la ingeniería. Se construyen de acero, de hormigón armado o pretensado y, a veces, de madera. Hasta poco antes de iniciarse el siglo XX fue utilizado la piedra labrada. Esta clase de puentes pueden ser de tímpano de celosía diagonal, cuya rigidez queda asegurada por miembros diagonales colocados entre el cuerpo del arco (intradós) y el tablero; arco de celosía vertical; o arco de arcadas macizas o de viga de alma llena. En estos últimos tipos, la rigidez de las nervaduras asegura la del arco. Las vigas de alma llena pueden seguir el modelo de viga de palastro o pueden ser vigas armadas tubulares con dos placas de alma unidas a pestañas de
amplitud suficiente para acomodar a ambas. Los arcos de arcadas macizas o de celosía vertical pueden ser de tablero inferior, pero los de tímpano de celosía diagonal han de ser necesariamente de tablero superior. Si son de acero, pueden construirse con articulaciones doble, con los goznes en los estribos solamente, o triple, en cuyo caso existe una articulación más situada en la clave del arco. Los arcos de celosía vertical o de arcadas macizas pueden estar unidos a los estribos de forma rígida, en cuyo caso componen un arco fijo no articulado. Las articulaciones tienen por objeto permitir los pequeños desplazamientos causados por las variaciones de carga y temperatura. Los puentes arqueados de hormigón armado más corrientes son del tipo fijo, con tímpano abierto o macizo; en ambos casos han de ser de tablero superior. En los puentes de tímpano macizo el espacio situado entre el intradós del arco y el tablero está relleno de tierra. Los puentes en arco de hormigón armado y tablero inferior son muy comunes; la calzada discurre entre los arcos. También se han construidos arcos de tímpano de celosía con hormigón y madera. Los arcos de tímpano macizo deben salvar en un solo tramo toda la anchura del obstáculo; los de tímpano de celosía pueden tener varios ojos; los de tablero inferior tienen generalmente dos. Las nervaduras de los arcos de hormigón armado para tramos largos suelen ser huecas.
Puentes de armadura rígida Combinan las planchas y estribos de los puentes de placas con las vigas y estribos de los de viga; esta combinación forma unidades sencillas sin articulaciones de unión entre las piezas. Se construyen de hormigón armado o pretensado o de armaduras de acero rodeadas de hormigón. De origen muy reciente, resultan sumamente útiles para separar en niveles los cruces de carreteras y ferrocarriles. En estos cruces suele ser conveniente que la diferencia de niveles sea mínima y los puentes de la clase que nos ocupa son susceptibles de recibir menor altura en un mismo tramo que los otros tipos.
Puentes de armadura sencilla . Las armaduras de los puentes modernos adoptan muy variadas formas. Las armaduras Pratt y Warren, de paso superior o inferior, son las más utilizadas en puentes de acero de tramos cortos. La Howe sólo se emplea en puentes de madera; sus miembros verticales, construidos con barras de acero, están en tensión, al igual que el cordón inferior, que es de madera
Para los puentes de tramos largos se emplea la armadura Parker, de cordón superior curvo, también llamada armadura Pratt, y para los de vanos largos y viga de celosía sencilla se utilizan estructuras con entrepaños subdivididos, como la armadura Warren; la Petit con cordones paralelos, también denominada de Baltimore, la Petit con cordón superior inclinado, que también se llama de Pensilvania, y. la viga de celosía en « K ». En la Petit y el Warren subdividido, los órganos verticales cortos que aparecen en las figuras respectivas se suelen prolongar hasta el cordón superior para servirle de soporte. Las armaduras para vanos largos están subdivididas en forma que la longitud de los largueros no sea excesiva; a medida que aumenta la anchura del vano, debe hacerlo la altura de la armadura tanto para evitar las flexiones excesivas como por razones de economía. El Warren subdividido, Petit y « K » pueden ser de tablero inferior superior y de diverso número de entrepaños en la armadura según las necesidades de cada caso. Los miembros metálicos de los puentes con viga de celosía se construyen de muy diversas formas. Los de madera adoptan secciones rectangulares.
Puentes cantiléver Tienen especial aplicación en tramos muy largos. Reciben su nombre de los brazos voladizos (cantiléver) que se proyectan desde las pilas. Los brazos voladizos también
pueden proyectarse hacia las orillas para sustentar los extremos de dos tramos suspendidos. Es posible realizar combinaciones variadas como las que incorpora el puente del Forth, ya que pueden utilizarse todos los sistemas de armaduras a excepción de la Howe. El principio del puente cantiléver puede aplicarse fácilmente a los puentes de armadura de acero y tablero superior. Existen viaductos de hormigón armado o de vigas armadas metálicas en cantiléver; puentes de armadura de hierro que combinan el principio cantiléver con el arco para formar el sistema conocido con el nombre de puente de arco cantiléver. El arco puede estar articulado en las pilas; en tal caso se asemeja a un puente de doble articulación, que puede convertirse en triple añadiendo otra articulación a la clave. El puente de Firth of Forth construido por John Fowler y Benjamín Baker entre los años 1881 y 1890 sobre el estuario del Forth cerca de Edimburgo inicia la estirpe de puentes complejos con más de un vano principal. Sus dimensiones dan idea del esfuerzo titánico que fue necesario desplegar para llevarlo a cabo. Longitud (L.) total..................................2528,62 m Vanos principales...................................521,21 m Longitud del voladizo............................207,26 m Gálibo......................................................45,72 m L. vigas centrales apoyadas.................. 106,68 m La famosa fotografía de Benjamín Baker, en la que un modelo vivo figuraba el principio de voladizos en que se basa la solución al puente sobre el Forth. "Cuando se pone una carga en la viga central, sentándose una persona en ells, los brazos de los hombres y los cuerpos de los hombres, de hombros abajo y los bastones entran en compresión. Las sillas representan las pilas de granito. Imagínense las sillas separadas 500 m y las cabezas de los hombres tan altas como la cruz de S. Pablo (iglesia londinense, 104 m) sus brazos representados por vigas de acero y los bastones por tubos de 3,5 m de diámetro en la base y se obtiene una buena noción de la estructura" En 1866 el ingeniero alemán Henrich Gerber patentó un sistema que llamó viga Gerber, y que en los países anglosajones se conoció después como viga cantiléver. Esta patente consiste en introducir articulaciones en una viga continua para hacerla isostática, de forma que se convierte en una serie de vigas simplemente apoyadas prolongadas en sus extremos por ménsulas en vanos alternos que se enlazan entre sí por vigas apoyadas en los extremos de las ménsulas. Con este sistema se tienen las ventajas de la viga continua y de la estructura isostática: de la viga continua, porque la ley de momentos flectores tiene signos alternos en apoyos y centros de vanos igual que en ella, y por tanto sus valores máximos son menores que en la viga apoyada; de la estructura isostática , porque sus esfuerzos no se ven afectados por las deformaciones del terreno donde se apoyan, condición fundamental, y en ocasiones determinante, cuando el terreno de cimentación no es bueno. La viga Gerber tiene otras ventajas sobre la viga continua:
a. En primer lugar se pueden fijar los apoyos principales y hacer móviles las articulaciones, acumulando en ellas las deformaciones por temperatura de la estructura. b) En segundo lugar, y ésta era probablemente una de las principales cuando se empezaron a utilizar, la determinación analítica de las leyes de esfuerzos en ellas es mucho más fácil que en las vigas continuas, a causa precisamente de su isostatismo. Su principal inconveniente son las articulaciones que hay que crear en ella. Esta estructura se utilizó con frecuencia en los puentes de madera orientales, en China, los países del Himalaya, y en Japón.
Puentes sustentados por cables: De aspecto armonioso y extensa aplicación, salvan los más amplios tramos de todo el mundo; el de la Golden Gate, entrada a la bahía de San Francisco (California), tiene 1281 m de longitud. Los principales elementos de estos puentes son sus cables, suspendidos de torres y anclados por sus extremos a los pilares de sujeción. Tales cables, compuestos generalmente por miles de alambres paralelos de acero galvanizado, de 5 mm de diámetro (generalmente), agrupados para formar una sección circular, llevan un arrollamiento en espiral de almbre que mantiene su forma cilíndrica al tiempo que los impermeabiliza. Cada uno de los cuatro cables que sustentan el puente de George Washintong (con un tramo de 1000 m sobre el río Hudson) tiene 76 cm de diámetro y 26000 hilos. Los puentes de tramos relativamente cortos emplean cables de alambre retorcido corriente; también se utilizan cadenas de barra de ojal. Armaduras de refuerzo y cables arriostrados (atirantados) o reforzados ayudan a soportar la flexión local creada por las grandes cargas que atraviesan el puente. Las torres se construyen de secciones metálicas formadas a veces por gruesas planchas que les confieren apariencia de gran solidez. Las más antiguas, como las del puente de Brooklyn, son de sillería. Para distinguir los dos tipos de puentes colgantes que podemos ver, llamaremos suspendido a aquel cuyos cables, normalmente dos, van de extremo a extremo del puente (ej. el Golden Gate) y atirantados (arriostrados) aquellos en los cuáles los cables, partiendo de las torres, sujetan el tablero formando triángulos (isósceles) con el tablero. La altura de dicho triángulo sería parte de la torre. Hay casos en que la torre tiene una posición inclinada como el puente del Alamillo de Sevilla y los cables forman triángulos escalenos con el tablero y parte de la torre..
Puentes colgantes En los puente colgantes, la estructura resistente básica está formada 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. El puente colgante más elemental es el puente catenaria, donde los propios cables principales sirven de plataforma de paso. Paradójicamente, la gran virtud y el gran defecto de los puentes colgantes se deben a una misma cualidad su ligereza.
El cable Es un elemento flexible, lo que quiere decir que no tiene rigidez y por tanto no resiste flexiones. Si se le aplica un sistema de fuerzas, tomará la forma necesaria para que en él sólo se produzcan esfuerzos axiles de tracción; si esto lo fuera posible no resistiría. Por tanto, la forma del cable coincidirá forzosamente con la línea generada por la trayectoria de una de las posibles composiciones del sistema de fuerzas que actúan sobre él. Esta línea es el funicular del sistema de cargas, que se define precisamente como la forma que toma un hilo flexible cuando se aplica sobre él un sistema de fuerzas. La curva del cable de un puente colgante es una combinación de la catenaria, porque el cable principal pesa, y de la parábola, porque también pesa el tablero; sin embargo la diferencia entre ambas curvas es mínima, y por ello en los cálculos generalmente se ha utilizado la parábola de segundo grado. El cable principal es el elemento básico de la estructura resistente del puente colgante. Su montaje debe salvar el vano entre las dos torres y para ello hay que tenderlo en el vacío. Esta fase es la más complicada de la construcción de los puentes colgantes. Inicialmente se montan unos cables auxiliares, que son los primeros que deben salvar la luz del puente y llegar de contrapeso a contrapeso. La mayoría de los grandes puentes coñlgantes están situados sobre zonas navegables, y por ello permite pasar los cables iniciales con un remolcador; pero esto no es siempre posible.
Las torres Han sido siempre los elementos más difíciles de proyectar de los puentes colgantes, porque son los que permiten mayor libertad. Por eso en ellas se han dado toda clase de variantes. En los años 20 fueron adquiriendo ya una forma propia, no heredada, adecuada a su función y a su material; la mayoría tienen dos pilares con sección cajón de alma llena, unidos por riostras horizontales, o cruces de San Andrés. Las torres no plantean problemas especiales de construcción, salvo la dificultad que supone elevar piezas o materiales a grandes alturas; las metálicas del puente Verrazano Narrows tienen una altura desde el nivel del mar de 210 m, y las de hormigón del puente Humber de 155 m. Las torres de los puentes metálicos se montan generalmente mediante grúas
trepadoras ancladas a ellas, que se van elevando a la vez que van subiendo las torres. Las de los puentes de hormigón se construyen mediante encofrados trepadores, como en el puente de Tancarville, o mediante encofrados deslizantes, como en el puente Humber
El montaje del tablero Se ha hecho en muchos de los grandes puentes colgantes por voladizos sucesivos, avanzando la ménsula desde una péndola a la siguiente, de la que se cuelga; el avance se hace simétricamente desde la torre hacia el centro del vano principal y hacia los extremos. Desde el propio tablero ya construido se van montando piezas más o menos grandes, elevándolas mediante grúas situados sobre él, hasta cerrar el tablero en el centro del vano. Así se construyó el puente George Washington, el Golden Gate y muchos de los puentes modernos japoneses.
En los puentes atirantados actuales el número de tirantes es mucho mayor que en los iniciales; se utilizan distancias entre anclajes que varían entre cinco y veinte metros, de forma que la flexión que podemos llamar local, la debida a la distancia entre los apoyos generados por los tirantes, es insignificante respecto a la flexión que se produce por la deformación general de la estructura.
Puentes de pontones Los puentes flotantes se apoyan sobre flotadores y por ello no tienen el arraigo en la tierra que toda obra fija debe tener. Los flotadores pueden ser más o menos grandes para reducir su movilidad y se puede conseguir que sus movimientos sean incluso menores que los de algunos puentes fijos, pero ello no elimina ese carácter de elemento flotante sometido a los movimientos del agua; hay siempre un movimiento relativo entre el puente y los apoyos fijos de las orillas. Los puentes flotantes consisten básicamente en un tablero apoyado sobre una serie de elementos flotantes que sirven para mantenerlo en una situación más o menos fija. Se han utilizado muchos tipos de elementos flotantes: barriles, odres, barcas, y pontones cerrados de diferentes materiales.
a) creando una zona de transición que, apoyada en tierra y en la primera barca, puede cambiar de inclinación. b) variando la cota de la calzada sobre los pontones. c) anclando mediante cables los flotadores al fondo, de forma que estos cables soporten la variación de fuerza ascendente de los flotadores al variar su altura sumergida, y los mantengan fijos.
PUENTES MOVILES Puentes basculantes Los puentes basculantes son los que giran alrededor de un eje horizontal situado en una línea de apoyos; se incluyen por tanto en ellos los levadizos y los basculantes según la clasificación de Gauthey. Son los más clásicos de los móviles y los que más se utilizan actualmente. Son también los primeros, porque los famosos puentes levadizos medievales eran de este tipo. Los puentes levadizos iniciales de madera consistían en un tablero simplemente apoyado a puente cerrado, y atirantado durante el movimiento. Se han construido muchos puentes de ambos sistemas, y cada uno tiene sus ventajas e inconvenientes, pero en general, si la luz no es grande, es más sencillo y económico el de una sola hoja porque requiere un único mecanismo y se centraliza toda la operación de movimiento. Ahora bien, como en todos los puentes, en los móviles, al crecer la luz,
crecen los esfuerzos proporcionalmente al cuadrado de ésta, y por ello, para luces grandes resulta más económico desdoblar los voladizos, porque a efectos de movimiento es una estructura de mitad de luz que la de una sola hoja.
El puente de la torre de Londres, con una luz de 79 m, sigue siendo uno de los puentes basculantes más grandes del mundo; su movimiento se debe al giro del conjunto tablero-contrapeso sobre una rótula simple situada en el centro de gravedad del sistema, y se acciona mediante un sistema hidráulico. Este sistema es el que se utiliza hoy día en la mayoría de los puentes basculantes. El conjunto del puente es una estructura muy singular, porque sobre las pilas del tramo móvil hay unas torres neogóticas que soportan una pasarela superior que sirve para dar paso a los peatones con el puente abierto y para compensar los tramos colgados asimétricos laterales, cuya estructura resistente es rígida. Su singularidad hace de este puente una de las estampas más típicas de Londres, y el puente móvil más conocido del mundo. Este puente, con 100 años de vida, sigue todavía en servicio, aunque la maquinaria ha sido renovada en varias ocasiones; la última vez en 1972.
Puentes giratorios En los puentes giratorios de eje vertical caben, igual que en los basculantes, dos posibilidades de apertura: o bien girar dos vanos simétricos sobre una pila situada en el centro del canal de navegación, aunque en algún caso excepcional puede estar situada en un borde; o bien girar dos semivanos con sus compensaciones, sobre dos pilas situadas en los bordes del canal. El clásico puente giratorio es el primero, con una fisonomía muy característica, análoga en casi todos los construidos; es una viga triangulada con tablero inferior, canto variable muy acusado, máximo en el apoyo central y mínimo en los extremos, y una pila gruesa en el centro que aloja la maquinaria de giro. La solución de dos semivanos compensados que giran sobre las pilas laterales se ha utilizado en raras ocasiones, si bien los de mayor luz son de esta forma; uno de los primeros fue el de Brest sobre el río Penfeld; tenía una luz de 117,30 m y se terminó en 1868; fue un puente excepcional en su momento, y seguirá siendo de los más grandes, el
segundo de mayor luz en el mundo; pero desgraciadamente ya no existe porque lo destruyeron en la Segunda Guerra Mundial. El puente de Firdan sobre el canal de Suez en Egipto, es también de dos semivanos compensados, tiene 168 m de luz y es el mayor puente giratorio del mundo. De este tipo es también la pasarela de Ondarroa en Vizcaya sobre el río Artibay, cerca de su desembocadura. La maquinaria para el giro es siempre parecida; consiste en una cremallera circular sobre la que se mueve un piñón al que se aplica la fuerza motriz. El movimiento del piñón por la cremallera circular es lo que hace girar el puente. Generalmente toda la maquinaria está alojada en una gran pila circular, o está a la vista. La estructura de la mayoría de los puentes giratorios de dos vanos simétricos es una viga continua de dos vanos con el puente cerrado, y un doble voladizo con el puente abierto.
Puentes de desplazamiento horizontal La mayoría de los puentes actuales de desplazamiento horizontal son flotantes, aunque los primeros puentes móviles de madera se hicieron con frecuencia así, porque era el movimiento más sencillo; el puente se desplazaba longitudinalmente sobre rodillos, avanzando o retrocediendo en voladizo libre hasta llegar al apoyo de la otra orilla. Ejemplo de este sistema es el puente sobre el canal de Gotha en Inglaterra. Recientemente se ha construido en el puerto de Cardiff un puente de este tipo con una luz entre apoyos de 30,5 m y una compensación de 14 m; el voladizo de 30,5 m que se produce durante el movimiento, se equilibra con un relleno de hormigón alojado en las prolongaciones de las vigas laterales metálicas en cajón que soportan el puente. El movimiento se hace elevando el puente mediante gatos y trasladándolo sobre ruedas. En los puentes flotantes del estado de Washington, en Estados Unidos, todos ellos situados cerca de la ciudad de Seattle, se han utilizado dos sistemas para abrir los canales de navegación, y en ambos el movimiento es por desplazamiento horizontal de un tramo flotante situado entre dos líneas de pontones que forman una U y le sirven de guía.
Puentes de elevación vertical Los puentes de desplazamiento vertical son tableros simplemente apoyados, cuyos apoyos se pueden mover verticalmente para elevarlos a la cota que requiere el gálibo de navegación. Normalmente se elevan tirando de sus cuatro esquinas, y por ello requieren dos o cuatro torres, en las que se aloja la maquinaria de elevación y los contrapesos necesarios para equilibrarlos durante la maniobra de desplazamiento vertical. En algún puente de pequeña luz se han evitado las torres y los contrapesos, accionándolo mediante gatos hidráulicos situados bajo el tablero, y por ello, a puente cerrado nada evidencia su condición de móvil; así es el puente de la avenida de St. Paul en Milwaukee sobre el río del mismo nombre, Estados Unidos, terminado en 1966, con una luz de 16 m y un desplazamiento vertical de 4,5 m.
Puente transbordador Los puentes transbordadores han estado y estarán siempre unidos al nombre del ingeniero francés Ferdinand Arnodin, porque fue el primero que patentó la idea, e intervino en la mayoría de los que se han construido. Sin embargo, realmente, quien inició este sistema fue el arquitecto español A. del Palacio en el transbordado sobre la ría del Nervión en Portugalete, cerca de Bilbao. El puente transbordador es una forma diferente al móvil de resolver el conflicto que plantean dos corrientes de tráfico incompatibles: un tráfico de vehículos entre dos orillas situadas a poca altura sobre el agua, y un tráfico de barcos en el río o ría a salvar, que requiere un gálibo de navegación de gran altura. La solución que se ha utilizado normalmente para resolver este problema es el puente móvil de cualquiera de los tipos ya estudiados, pero si la luz es muy grande esta solución puede resultar difícil o imposible de hacer, y por ello surgieron los transbordadores. El transbordador consiste en una viga fija, situada a la altura requerida por el gálibo, de la que se cuelga una plataforma móvil, generalmente mediante cables, que transporta los vehículos de una orilla a la opuesta; con esta solución se puede llegar a luces análogas a los puentes colgantes porque no se plantean problemas en la estructura fija, diferentes a los de los puentes normales.
SEGÚN
LOS
MATERIALES
Puentes de cuerdas, lianas Estos puentes son los antecesores de los puentes sustentados por cables (colgantes y atirantados) actuales. Este tipo de puentes se denomina pasarela. Los cables se fabricaban de lianas, enredaderas, cuero, bambú, mimbre y materiales similares. Las cuerdas están agrupadas y torcidas en espiral para formar una unidad resistente.
La mayoría de los primitivos puentes colgantes fabricados con estos materiales estaban soportados por tres cables, de modo que pueda pasar un hombre poniendo los pies en la más baja y agarrándose a las superiores.
Puentes de madera La madera es el material que utilizó el hombre para hacer sus primeras construcciones; un tronco de árbol sobre un río fue seguramente el primer puente artificial. Los puentes de madera son más fáciles y más rápidos de construir que los de piedra, y han resultado siempre más económicos; por ello, los primeros que construyó el hombre fueron de madera, y a lo largo de la Historia se han construido innumerables puentes de este material, muchos más que de piedra. Los puentes de madera han planteado siempre problemas de durabilidad y por ello se han considerado siempre de una categoría inferior que los de piedra; generalmente se les ha dado carácter de obra provisional; se aspiraba a sustituirlos por uno de piedra en cuanto hubiera dinero para ello. Los tres problemas básicos de durabilidad de los puentes de madera son los siguientes: a) En primer lugar el propio material b) En segundo lugar su vulnerabilidad al efecto de las avenidas de los ríos. Los puentes de madera fueron los primeros que se utilizaron, aunque de ellos, como de todas las primeras construcciones de este material, no queda rastro. Un tronco sobre el río se puede considerar un puente frontera entre lo natural y lo artificial. En unos casos puede ser natural, porque un árbol, al caerse, puede quedar sobre el río; en otros los tendió el hombre para poder pasar sobre él, lo que probablemente aprendió al ver los que había tendido la naturaleza.
Puentes de mampostería Al igual que la madera, la piedra es un material natural que se obtiene directamente de la naturaleza y se utiliza sin ninguna transformación, únicamente es necesario darles forma. Aparte de la piedra, se ha utilizado también materiales como el ladrillo o el hormigón en masa. El ladrillo, para el constructor de puentes, es un pequeño sillar con el que se pueden hacer arcos de dovelas yuxtapuestas; por tanto la morfología de los puentes de ladrillo es la misma que la de los puentes de piedra. Las estructuras de piedra que sirven para salvar luces de cierta importancia, derivan del arco formado por dovelas yuxtapuestas; son las bóvedas y las cúpulas. Por ello los puentes de piedra, que deben salvar los ríos, utilizan siempre bóveda como estructura resistente. Los puentes de piedra están formados por bóvedas cilíndricas, análogas al medio cañón románico, aunque en ellas predomina la dimensión longitudinal sobre la transversal, y por ello el efecto bóveda es mínimo; se comportan básicamente como arcos lineales
Cabe la solución de cubrir espacios con vigas de piedra, y de hecho existe la arquitectura dintelada en este material, pero las luces que se pueden salvar con este sistema, o son muy pequeñas, o requieren la movilización de piedras de tamaños descomunales; de ello es buen ejemplo la arquitectura megalítica. La construcción de los puentes de piedra es bastante simple, y en términos generales no plantea problemas distintos a los de cualquier obra coetánea de él; solamente la cimentación plantea problemas singulares, pero su dificultad es debida al río, no a su estructura.
Puentes metálicos El empleo del hierro significó una transformación radical en la construcción en general, y en los puentes en particular; sus posibilidades eran mucho mayores que las de los materiales conocidos hasta entonces, y por ello se produjo un desarrollo muy rápido de las estructuras metálicas, que pronto superaron en dimensiones a todas las construidas anteriormente. Hoy en día sigue siendo el material de las grandes obras, y en especial de los grandes puentes, si bien el hierro que se utiliza ahora no es el mismo que se utilizó en los orígenes, porque el material también ha evolucionado significativamente; hay diferencia considerable de características y de calidad entre los aceros actuales, y el hierro fundido que se utilizó en un principio.
Puentes de fundición Los primeros puentes metálicos se hicieron de hierro fundido; la mayoría tienen estructuras poco claras, heredadas de los de piedra y de madera. En el puente de Coalbrookdale sobre el río Severn, el primero de los puentes metálicos, construido en 1779, se aligeraron los tímpanos mediante anillos concéntricos como se había hecho en muchos puentes de madera. El puente de Buildwas, también sobre el Severn, construido en 1796, Thomas Telford, uno de los ingenieros que más contribuyó al desarrollo de los puentes metálicos, se basó en los puentes de madera de los hermanos Grubenmann; igual que el puente de Coalbrookdale, se fabricó en la fundición de Abraham Darby III. De hierro fundido son todos los puentes arco de Thomas Telford y de John Rennie, que
en 1819 construyó en Londres el puente de Southwark sobre el Támesis, con tres arcos de 64+73+64 m de luz, el mayor de todos los puentes de hierro fundido que se han construido en el mundo.
Puentes de hierro forjado El hierro forjado es un hierro tratado a base de golpeo para aumentar su resistencia y mejorar su regularidad. Actualmente se laminan en caliente fabricando chapas y perfiles metálicos, elementos que han conformado en gran medida las estructuras metálicas. Los primeros puentes grandes que se construyeron con hierro forjado fueron el de Conway, y el Britannia en los estrechos de Menai, dos puentes en viga cajón de grandes dimensiones para ferrocarril, hechos por Robert Stephenson, hijo del inventor de la máquina de vapor. En estas vigas el tren circulaba por su interior. El primero se terminó en 1849; es una viga simplemente apoyada de 125 m de luz. El segundo es una viga continua con cuatro vanos de 70+2x142+70 m de luz, terminado en 1850. Estos puentes han sido unos de los más innovadores de la Historia porque, además de emplear el hierro forjado por primera vez en una gran obra, fueron los primeros puentes viga de grandes dimensiones que se han construido, y también las primeras vigas cajón, es decir, vigas con sección rectangular o trapecial cuyos contornos están formados por paredes delgadas.
Puentes de acero A finales del s. XIX, cien años después de la iniciación de los puentes metálicos, se empezó autilizar el acero para construir puentes. Conseguir que los materiales de construcción sean dúctiles y no frágiles, es uno de los logros importantes de su tecnología. El acero se conocía mucho antes de que se empezara a fabricar industrialmente a finales del s. XIX, y de hecho se había utilizado en algún puente aislado; ejemplo de ello son las cadenas del puente colgante sobre el Canal del Danubio en Viena, de 95 m de luz, terminado en 1828. Pero era un material caro hasta que en 1856 el inglés Henry Bessemer patentó un proceso para hacer acero barato y en cantidades industriales, mediante un convertidor donde se insuflaba aire en el hierro fundido que reducía las impurezas y el contenido de carbono.
Puentes de hormigón armado El hormigón armado es una colaboración del acero y el hormigón, adecuado especialmente para resistir esfuerzos de flexión. El hormigón es muy adecuado para resistir compresiones y el acero en barras para resistir tracciones. Por ello las barras de acero se introducen en la pieza de hormigón, en el borde que debe resistir las tracciones, y gracias a la adherencia entre los dos materiales, las primeras resisten las tracciones y el segundo las compresiones.
El primer puente de hormigón armado, la pasarela de Chazelet, se construyó en 1875, con una luz de 16,5 m y 4 m de ancho por Joseph Monier, jardinero de París. El hormigón armado se extendió rápidamente por toda Europa; a ello contribuyó el arco de exhibición construido en la exposición universal de Düsseldorf de 1880, que sirvió para dar a conocer este nuevo material. Con hormigón armado se llegaron a hacer puentes viga de gran luz; el mayor es el de Ivry sobre el Sena, una pasarela triangulada de 134,5 m de luz, construida en 1930; uno de los mayores fue el puente de Villeneuve-St. Georges también sobre el Sena cerca de París, una viga continua de alma llena con luz máxima de 78 m, terminado en 1939. Después de la Segunda Guerra Mundial se construyeron puente de hormigón armado, algunos de ellos de luz grande, pero rápidamente se impuso el hormigón pretensado y los puentes de hormigón armado han quedado reducidos a las losas de pequeña luz.
Puentes de hormigón pretensado . El hormigón pretensado se puede considerar un nuevo material; su diferencia con el hormigón armado es que en éste la armadura es pasiva, es decir, entra en carga cuando las acciones exteriores actúan sobre la estructura; en el pretensado, en cambio, la armadura es activa, es decir se tesa previamente a la actuación de las cargas que va a recibir la estructura (peso propio, carga muerta y cargas de tráfico), comprimiendo el hormigón, de forma que nunca tenga tracciones o que éstas tengan un valor reducido. La estructura se pone en tensión previamente a la actuación de las cargas que van a gravitar sobre ella, y de ahí su nombre de hormigón pretensado. En definitiva, es adelantarse a las acciones que van a actuar sobre la estructura con unas contra-acciones que es el momento en que se tesan las armaduras; se pueden tesar antes de hormigonar la pieza, es decir, pretesarlas, o se les puede dar carga después de hormigonada la pieza, es decir, postesarlas. Con el hormigón pretensado se evita la fisuración que se produce en el hormigón armado y por ello, se pueden utilizar aceros de mayor resistencia, inadmisibles en el hormigón armado porque se produciría una fisuración excesiva.
Los sistemas de anclaje de las armaduras activas se agrupan en varios procedimientos básicos que han tenido diversas variantes: a) Anclajes mediante cuñas de diferentes tipos b) anclajes mediante rosca c) Anclajes mediante cabezas recalcadas d) Anclajes mediante bloques de hormigón e) Anclajes mediante apriete transversal El hormigón pretensado no ha hecho desaparecer el hormigón armado; cada uno tiene su campo de aplicación. Al iniciarse el hormigón pretensado se trató de sustituir toda la armadura pasiva por activa; por ello los primeros puentes se pretensaban longitudinal y transversalmente. Pero pronto cada material encontró su sitio; la armadura activa se debe emplear para resistir los esfuerzos principales y la pasiva los secundarios. Incluso puentes losa con luces de hasta 20 m se pueden hacer exclusivamente con armadura pasiva, aunque hay que tener en cuenta la fisuración, porque muchas veces, aun siendo admisible, es excesivamente visible.
Puentes mixtos La estructura mixta es una nueva forma de colaboración del acero y el hormigón, en este caso yuxtapuestos, no mezclados como en el hormigón armado y pretensado, pero sí conectados entre sí para que trabajen conjuntamente. Una de las dificultades de los puentes metálicos fue durante mucho tiempo la materialización de la plataforma de rodadura de las carreteras. Inicialmente la mayoría de los tableros de los puentes metálicos eran de madera; cuando apareció el hormigón armado se utilizaron con frecuencia losas de hormigón; también había puentes con tablero abierto, hecho con una rejilla de pletinas metálicas ortogonales colocadas verticalmente para conseguir rigidez a flexión; este tipo de tablero se usaba mucho en los puentes móviles, pero es incómodo para el tráfico. A pesar de ello se ha utilizado en puentes bastante recientes. Parte de la plataforma de rodadura del puente colgante de Lisboa sobre el Tajo, construido en 1966, es de este tipo. La innovación de la estructura mixta ha sido incorporar la losa de hormigón de la plataforma a la estructura resistente. En principio la estructura mixta se compone de una cabeza inferior metálica, almas del mismo material, y una cabeza superior de hormigón, conectadas entre sí; el acero debe resistir la tracción y el hormigón la compresión. Este reparto de funciones está muy claro en la viga simplemente apoyada, que es donde la solución mixta tiene todo su sentido, porque la tracción se produce en la cabeza inferior metálica, y la compresión en la superior del hormigón. Una de las principales ventajas de los puentes mixtos, y por ello sustituyen a los puentes pretensados, incluso en luces pequeñas, es que su construcción se puede hacer igual que la de un puente metálico con las ventajas que esto representa por su mayor ligereza. Es más fácil montar un cajón metálico de 30 ó 40 m de luz que uno de hormigón; una vez
montado el cajón metálico sólo queda hacer el tablero de hormigón, bien in situ, o bien prefabricado. Esta solución es clásica en pasos superiores sobre autopistas en funcionamiento.
Socavación y características de los rios Los principales factores que actúan en la generación de los caudales sólidos y líquidos que llegan a los cauces naturales y son transportados por ellos están relacionados con las características de la lluvia y de la cuenca, la erosión pluvial y la dinámica de los cauces. Características de la lluvia: Intensidad Duración Frecuencia Distribución temporal
Socavación en el estribo de un puente en rió de régimen torrencial La socavación en un tramo de una corriente natural es la suma de las dos componentes, la socavación general y la socavación local. Antes de diseñar obras para tratamiento de cauces es necesario conocer la magnitud de la socavación. Para determinar la magnitud de la socavación general se deben realizar análisis geomorfológicos entre puntos de control, o sea entre secciones estables. Estos análisis se basan en el estudio de fotografías aéreas y cartografía de diferentes épocas, y en los cambios que se aprecien en observaciones de campo y en levantamientos topográficos. La socavación local tiene dos componentes, la producida por el paso de crecientes y la correspondiente a la construcción de obras civiles. Para calcular la primera existe un sinnúmero de fórmulas, que son modificadas continuamente por sus autores, a medida que se avanza en la experimentación de campo . El Ingeniero Mejicano José Maza A. ha realizado experimentos sobre socavación en ríos, y en su libro River Hydraulics presenta el desarrollo de fórmulas que permiten calcular la socavación que se produce en los cauces al paso de las crecientes extraordinarias.
