Puentes

PUENTES

El documento en PDF está formado de tal manera que lo puedas imprimir por las dos caras. Esta hoja puedes eliminarla para poner una portada más bonita, no obstante pensábamos que era menester seguir con la tradición del profesor y sacar el resumen con la portada en WordArt.

Un Saludo compañero Fdo.: Melchor, Gaspar y Baltasar 6 de Enero de 2014

Prólogo del autor

[Sin ánimo de sustituir a los libros… Ejem Ejem]

Buenos días compañero, si estás leyendo esto es porque los valores de algunas personas no son todo lo que a veces se espera de eso mismo, una persona, alguien que entiende y comprende al resto. Nosotros no entendemos ni comprendemos como puede venderse un libro a 70€ (la opción más barata) cuando la asignatura sobre la que trata cuesta 99€ (33€ el crédito 2013/2014) es decir que el libro supone un coste adicional del 70%. Parece como si su objetivo fuese aprovecharse de los alumnos, basando la asignatura en un único y maravilloso libro. Como si no estuviésemos ya sometidos a pagos de carreras infinitas. Por estas razones unos amables alumnos hemos decidido hacer un breve resumen (o eso pretendíamos al principio, que fuese breve) del libro de Puentes, quitando lo que entendíamos como paja y resumiendo los capítulos con nuestras propias ideas y explicaciones en los casos más sencillos, y copiando textualmente en otros debido a la densidad de los textos.

En ningún momento queremos trasmitir que estos apuntes sean la panacea, los que haya que seguir a rajatabla para aprobar la asignatura, pero sí entendemos que el dinero no puede ser un obstáculo para aprender. Si podéis acceder al libro y tenerlo físicamente mejor, es un buen libro en la mayoría de los aspectos, pero si económicamente no podéis o lo preferís resumido esto os puede ayudar.

Aconsejamos la lectura en papel de este archivo pero siguiéndolo en formato digital, ya que las imágenes en caso de imprimirse en blanco y negro pueden no mostrar nada, y en alguna ocasión hay vínculos (escritos en color azul) dentro del mismo texto redireccionando a capítulos anteriores, e incluso a videos en la red, que aconsejamos que veáis. Es el caso del tema 1, el cual se puede ver en internet en una conferencia de un profesor de la UPM, os dejo el link más abajo.

Solo pedimos una cosa a cambio. Debido al gran esfuerzo que ha supuesto leerse, resumirse, explicar, buscar las mejores fotos en internet para que el lector pueda comprender el texto etc… por favor no quites esta página al imprimirlo, deja constancia de lo que estamos reivindicando, los alumnos ya pagamos las clases. Reitero lo dicho, si este libro hubiera tenido un precio razonable no habría sido necesario difundir un resumen para la gente que no se pueda permitir un libro de 70€.

Después de todo el trabajo solo queda añadir una cosa, la asignatura de puentes sería preciosa si estuviese bien dada y tuviese un libro cuyo objetivo fuese enseñar, no lucrarse. Por último solo queríamos pediros que le deis la mayor difusión posible pero con la máxima discreción, como llevarlo a clase etc… todos sabemos cómo se las gastan cuando ven algo que no les has comprado.

Se despiden atentamente

Unos simples servidores vuestros PD: No somos autores profesionales, ni nos dedicamos a dar clase ni a hacer libros, por lo que sentimos que pueda haber fallos, sacaremos un CD corrigiéndolos.

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CAPITULO 1: EVOLUCIÓN HISTÓRICA DE LOS PUENTES

1.1. INTRODUCCIÓN

El termino puente se utiliza para describir la estructura vial que permite dar continuidad al trazado de la carretera o vía ferroviaria venciendo obstáculos tales como ríos, canales, quebradas... El puente es por tanto un cruce a distintos niveles de dos corrientes de tráfico, sirviendo de soporte estructural a una de las dos.

El inicio de los puentes se dio en la prehistoria, lo más probable es que el primer puente fuese un árbol caído en un rio, facilitando el paso de un lado al otro. Una vez descubierto esto, el hombre prehistórico adosó varios troncos paralelos para crear el primer tablero de vigas simplemente apoyadas.

Como es lógico al principio era el puente el que determinaba los caminos, primero se buscaba la mejor zona de cruce del rio donde hacer el puente y esto era lo que marcaba el trazado del camino. Hoy en día es el puente el que se adapta a las condiciones geométricas del trazado.

Los puentes se consideran un gran avance tecnológico, por eso se puede considerar como reflejo del desarrollo de las civilizaciones pasadas.

1.2. PUENTES PRIMITIVOS

Los principales puentes primitivos construidos por el hombre fueron los puentes y las pasarelas catenarias.

1.2.1. PUENTES CATENARIA INCAS

En la evolución de los puentes el siguiente paso fue la creación de puentes catenaria. Utilizando materiales naturales como lianas y fibras vegetales trenzadas. Se disponían dos cables de la longitud a salvar que iban de un extremo a otro y en los que se colocaban tablas de madera a modo de tablero, y otras dos cuerdas superiores a modo de pasa manos que a su vez iban entrelazadas con las de abajo. Este tipo de pasarela adoptaba la forma de un cable sometido a su propio peso, es decir, la catenaria.

Lo materiales empleados vinieron

marcados por los recursos

naturales disponibles. Los cables,

formados por lianas trenzadas eran amarrados a arboles u objetos fijos en las orillas y se tensionaban de modo que se redujera la flecha. El tablero normalmente estaba formado por dos capas de madera y entre medias ponían algodón para mejorar la pisada, finalmente lo fijaban a los cables inferiores.

Los puentes catenaria en el imperio Inca fueron un gran avance debido a lo abrupto del terreno, permitieron conectar casi la totalidad del imperio, llegando a medir en algunos casos hasta 45m.

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Estas estructuras eran ideales para cubrir grandes luces; el cable resiste muy bien a tracción, al ser delgados pueden darle flexibilidad al puente, y al estar formados hilo a hilo se pueden montar hasta conseguir cables de gran diámetro para salvar grandes distancias.

1.2.2. PUENTES CATENARIA EN CHINA Y EN EL TÍBET

En el Himalaya, Nepal y China (alrededor de 75m) aún hay pasarelas que están en servicio. Son muy parecidas a las de los Incas, salvo porque en este caso utilizaron cadenas de hierro forjado y el tablero era recto y estaba suspendido por cadenas, por lo que el puente no adoptaba la forma de catenaria, además para salvar grandes distancias era

necesario que la pasarela

estuviese elevada lo suficiente. 1.2.3. PUENTES COLGANTES EN EL RENACIMIENTO

En Occidente el único precedente que existe de esta época son dibujos de Fausto Veranzio.

1.2.4. PUENTES DE BARCAS Fueron construidos mediante tramos isostáticos apoyados en pilas de piedra. Estos puentes eran de carácter momentaneo, muchas veces usados con el unico fin de que pudieran avanzar los ejercitos.

1.2.5. PUENTES EN VOLADIZO O CANTILÉVER Estos puentes se utilizaban para salvar

vanos en los que la longitud era tan grande que los troncos disponibles no podían resistilo. Se disponían los troncos empotrados en la orilla o debajo de un gran contrapeso y se iban añadiendo troncos a partir del final de los voladizos, lo que reducía el vano del puente.

3 1.2.6. PUENTES BÓVEDA NATURALES O ARTIFICIALES

Este tipo de puente lo constituyo la propia naturaleza debido a la erosión de la roca, bien por la acción del agua o bien por la acción del viento, favorecida en muchas ocasiones por la composición de la propia roca.

Tambien el ser humano pudo haber dispuesto artificialmente losas en forma de puentes cantiléver para lograr salvar distancias, que de otro modo no hubiera podido.

1.3. PUENTES DE PIEDRA

Los puentes de piedra dominan la mayor parte de la historia desde los romanos hasta aproximadamente 1950, cuando fueron sustituidos paulatinamente por puentes metálicos. Hoy día solamente se construyen con fines ornamentales. Relación flecha/Luz= ,

1.3.1. PERIODO ROMANO

La edificación de puentes romanos vino motivada por la necesidad de mantener una red de comunicación en todo el imperio, de modo que el movimiento de personas, mercancías y tropas fuese lo más fácil posible, requisito necesario para mantener el control. Dicha red llegó a tener 90.000Km.

El tipo de bóveda utilizada por los romanos fue la

bóveda de medio punto (no trasmite empujes

horizontales) con arranques verticales. Esta tipología de trazado sencillo permite mantener el empuje de las pilas dentro de su tercio central. El puente de piedra romano se caracteriza por:

• Arco constituido por dovelas.

• Calzada que permite el paso de peatones y caballerías.

• Relleno con material entre el arco y la calzada, que sirve como elemente transmisor de cargas.

• Los tímpanos laterales realizan la contención del relleno.

Las gruesas pilas tenían sus pros y sus contras, por un lado eran lo suficientemente grandes como para permitir construir los puente de vano a vano, pero por otro lado eran tan grandes que reducían el paso del agua entre ellas, por lo que aumentaba la velocidad del agua y por tanto la erosión, debido a esto se vieron obligados a disponer tajamares con formas hidrodinámicas.

Los romanos siempre buscaban cimentar en roca sana, lo que a veces provocaba una distribución irregular de las luces. La alternativa que llevaron a cabo en suelos malos fue la de pilotar, hincaban pilotes de madera en el terreno hasta cierta profundidad y construían encepados de hormigón de cal hidráulica en la superficie.

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1.3.2. PERIODO MEDIEVAL Después de la caída del imperio romano la

mayoría de los puentes se dejaron de mantener y la creación de nuevos puentes era exclusivamente de madera, a veces tablero de madera y pilas de piedra. Pero esto producía vibraciones incomodas al paso de los carruajes, así que en muchos casos se sustituyeron por puentes de piedra de arcos ojivales, a veces incómodos y poco optimizado.

En este periodo era normal que los puentes estuviesen fortificados para evitar ataques enemigos o tuviesen viviendas comercios sobre ellos, lo que introducía en ellos cargas extras. Un claro ejemplo es el puente sobre el rio Támesis.

1.3.3. PERIODO RENACENTISTA

Durante el periodo Renacentista que se inició en Italia en el siglo XV no hubo grandes avances en cuanto a construcción de puentes, pero sí que hubo alguno significativo fruto de la recuperación de conocimientos y estilo clásicos olvidados durante la edad media. Los más singulares son; el puente Rialto (Venecia) con

28m de luz y el de La Santa Trinita (Florencia) con una asombrosa relación f/L= y una luz de 90m.

Además durante esta época se construyó el primer puente con cajones abiertos cuyas paredes sobresalían del agua en París, el Pont Royal de L=232m.

Como puede apreciarse, fue durante el renacimiento cuando empezó a cuestionarse el arco de medio punto, introduciendo arcos más rebajados y elípticos.

1.3.4. EL SIGLO XVIII

En el siglo XVIII se produjo un gran salto en la ingeniería de puentes. Se creó en Francia el primer grupo de encargados de aprobar los proyectos de puentes y como consecuencia, en 1747 se funda l´Escole Nationale des Ponts el Chaussées (ENPC) dirigido por Jean Perronet, a quien se le considera el “padre de la moderna construcción de puentes.”

Perronet fue el primero en observar que los empujes horizontales de los arcos adyacentes idénticos se autoequilibran en la pila común, y que era por este motivo por el que solo resistían fuerzas verticales.

5 Debido a lo anterior se pudo reducir

notablemente el grosor de las pilas y la

flecha de los arcos, pero a cambio obligó a

abandonar la técnica de cimbrado vano a vano, para proceder al cimbrado completo del puente, construcción de los arcos y finalmente al descimbrado unísono de todos los arcos. Esto suponía que la cimbra no ya no sería la misma para todos los arcos, pero este gasto era menor comparado con el ahorro en material y mano de obra al estrechar las pilas.

Consiguió:

• Gran aligeramiento de las pilas, que pasaron a tener de la luz libre.

• Arcos muy rebajados con relación f/L= o incluso

• Utilizó arcos más rebajados para aumentar la luz y dejar paso amplio al agua bajo los arcos.

• Inventó un tipo de pila en la que las columnas de dos arcos adyacentes coincidían en ella.

• El cambio hacia pilas más esbeltas producía una menor socavación y aumentaba la seguridad al vuelvo.

Además Perronet fue el primero en recurrir a ensayos en modelos reducidos para definir las directrices más adecuadas de los arcos. Entre los más de 20 puentes que hizo destaca el St. Maxence con una f/l= y una esbeltez de pilas inaudita de

1.3.5. LOS ÚLTIMOS PUENTES DE PIEDRA

Durante los siglos XIX y XX se produjo el fin de los puentes de piedra, se utilizaron todas las novedades introducidas por Perronet e hicieron su aparición los morteros de cemento como unión de elementos gracias a Vicat, también se mejoraron los métodos de anclaje de la bóveda debido al desarrollo de la resistencia de materiales.

A lo largo del siglo XIX se desarrollaron los puentes metálicos, en un principio asociados al ferrocarril, pero más tarde sustituirían a los de piedra. Ya en esta época se empezó a introducir el hormigón armado en los

tableros. A partir del siglo XX los puentes de fábrica sufrirían un gran declive frente a los de hormigón armado.

Según Séjourné había que trazar la curva de presiones debidas al peso propio de la estructura y a la sobrecarga y comprobar que siempre quedaba dentro del núcleo central de todas las secciones. Los puentes de fábrica siempre cumplían.

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1.4. PUENTES DE MADERA

La madera es el primer material que se utilizó para construir los puentes y es que si comparamos las madera y la piedra, son muchas las razones por las que la madera es preferible.

La madera permite construir obras lineales enlazándose y creando elementos de mayor longitud. Los materiales pétreos necesitarían grapas o mortero, que crearían debilidad en las juntas. Por ese motivo cuando hay que salvar una gran distancia se recurre al arco. Generalmente se les ha considerado como una obra de carácter provisional hasta construir un puente de piedra, y es que también tiene sus contras:

• La madera se deteriora con el tiempo, debido a los agentes atmosféricos.

• Las riadas y crecidas descartaron de primera instancia las pilas de madera.

• El fuego.

• La acción del hombre.

En la época Romana a parte de los ya vistos puentes de piedra eran utilizados también los puentes de madera, principalmente con carácter provisional para fines bélicos.

De la Edad Media se conserva muy poca documentación, el más famoso es el puente Old Bridge en Londres con toda la superestructura cubierta por casa.

Pero fue en el siglo XIX, en la época de la revolución industrial cuando hubo una importante evolución en los puentes, al desarrollarse métodos nuevos de resistencia de materiales y cálculo de estructuras. Al mismo tiempo se generaron nuevos herrajes metálicos y otras uniones para solapar la madera y poder llegar a luces de más de 60m utilizando pernos de hierro.

En EE.UU. tuvo una gran importancia los puentes de madera como nexo de unión de la costa este y oeste a través del ferrocarril. Hechos con conexiones palizadas muy tupidas con conexiones simples, que facilitaban su montaje, salvando en ocasiones alturas de 50m.

Durante el siglo XX los aspectos más importantes en el uso de la madera como elemente estructural son:

• Aparición de los protectores de la madera, como el creosotado.

• Nuevos adhesivos para el encolado de maderas.

• La mejora de los herrajes ha permitido el diseño de uniones más sofisticadas. Por ultimo cabe destacar las grandes estructuras de madera que se han construido para cimbrar arcos de hormigón que muchas veces podrían haber constituido un puente. En muchos casos el proceso de cimbra puede resultar más caro que el propio puente, por eso se ha ido evolucionando hacia otros métodos.

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1.5. PUENTES METALICOS

1.5.1. PUENTES DE FUNDICIÓN ç La primera utilización del hierro fundido como material estructural para la construcción de un puente tuvo lugar en 1779, con el puente Coalbrookdale, diseño muy influenciado por la tipología de los puentes arco de piedra de media punta, más tarde irían evolucionando

hacia arcos más rebajados y más elípticos. El puente

constituyo un éxito pues se comportó bien y el único problema lo dieron los estribos que no eran lo suficientemente pesados para resistir el empuje del terreno.

El empleo del hierro supuso un gran avance en la construcción en general y en los puentes en particular. Las posibilidades eran mucho mayores, lo que produjo un desarrollo muy rápido de las estructuras, pero el mayor problema de la fundición era su baja resistencia

a la tracción, lo que motivaba el uso de celosías y piezas de madera.

1.5.2. PUENTES DE HIERRO FORJADO

El hierro forjado se obtiene trabajando el hierro mediante golpeo para aumentar su resistencia y homogeneidad, este tratamiento era el que se le daba a los elementos del puente de hierro forjado.

Fue a partir del siglo XIX cuando surgió el hierro forjado, que tenía una resistencia

similar a tracción y compresión a diferencia de la fundición, y a partir de este momento

se pudieron hacer celosías, aunque tuviesen elementos en tracción. Esto supuso un aumento en las luces.

En esta época destaca Stephenson, constructor de muchos puentes de hierro forjado y el primero en introducir una viga en cajón, llegando a 122m de luz para el ferrocarril, lo cual daba problemas a los pasajeros por el humo de la locomotora se quedaba en el túnel. En el puente de Britannia la primera idea era sustentar el tablero por cables, de ahí que las

pilas sobrepasaran el tablero y tuviesen hechos los agujeros para los cables. Otra

innovación fue que los cajones se construyeron en tierra y fueron transportados por flotación hasta su posición definitiva, y una vez allí izados.

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1.5.3. PUENTES DE ACERO

El acero es una aleación de hierro y carbono, es un material dúctil que tiene la ventaja de que avisa antes del colapso de la estructura con grandes deformaciones.

Además este nuevo material propició la

elaboración de vigas rectas de alma llena y

posteriormente el redescubrimiento de la celosía, que permitía salvar grandes vano. Todo este desarrollo permitió también la construcción de arcos por voladizos sucesivos, atirantando provisionalmente los arcos hasta cerrar la clave, de esta forma se evita cimbrar. (Puente de St. Luis)

El éxito de los puentes de acero consagra definitivamente la tipología de puente

Cantiléver creando el puente de Firth of Forrth, construido en 867 con 130m de luz.

El problema principal de los puentes metálicos lo constituyen las uniones, debiendo indicar que en el comienzo de estas se utilizaban pernos o tornillos. Debido a esto años más tarde se produjo el colapso del puente Quebec en 1916 fruto del pandeo, a partir de este momento se utilizaría la soldadura con aporte de material fundente, sin llegar a abandonar del todo las uniones atornilladas.

A partir de la segunda guerra mundial los tableros de puentes se dirigieron hacia tableros que colaborasen en la admisión de cargas, creándose la losa ortópoda, constituida por una chapa metálica, y la losa mixta, formada por hormigón y nervios metálicos.

1.5.4. ARCOS DE ACERO

Despues de los avances que se introducieron en el puente de St. Luis como las campanas de aire comprimido para las excavaciones de los cimientos, construcción por voladizos sucesivos. Se comenzó a extender las creación de grandes arcos metálicos en Estados Unidos, Europa y África.

Una vez controlado el funcionamiento de los puentes y arcos de acero, los proyectistas dejaron volar su imaginación, iniciando un periodo de tipos de puentes muy diversos. El Hell Gate es un puente de arco superior que sustenta el tablero mediante péndolas metálicas. El actual record del mundo de puentes arco es el Chaotianmen en China, construido en 2009, la altura del arco es de 142m, tiene una luz de552m y una longitud total de 1741m.

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1.6. PUENTES DE HORMIGÓN ARMADO

A inicios del siglo XX un nuevo material entra en escena, el hormigón que se podría definir como piedra artificial creada por el hombre y sus ventajas eran infinitas.

Si ya habíamos hablado del cambio que supuso la entrada en escena del acero, con el hormigón sucederá algo parecido. Es un material que se crea in situ en la obra y puede adoptar la forma que se desee, lo que es una gran ventaja si se tienen en cuenta las

distintas formas de puentes que ya

se venían construyendo. Otra ventaja que se le atribuyen al hormigón frente al acero es su inalterabilidad, supone

mayor durabilidad frente a

estructuras de acero que se van deteriorando por corrosión, lo que obliga a un pintado permanente. El único problema es que el hormigón por sí solo no era capaz de resistir las tracciones, hasta que a un jardinero francés Joseph Monier se le ocurrió embeber el hormigón en una malla de acero. Esto abrió un horizonte de posibilidades, que unido al crecimiento del uso del automóvil hicieron de los puentes de hormigón armado un recurso necesario.

En los inicios del siglo XX el armado del hormigón eran simples barras lisas pero más tarde se comprobó que el acero corrugado con resaltos proporcionaba mejor adherencia, reduciendo el grosor de las fisuras y dándole mayor durabilidad.

Tuvieron que pasar algunos años hasta que se dominasen las estructuras de hormigón armado, incluso las construcciones de hormigón se forraban de piedra para no parecer novedosas, pero una vez se tuvo el conocimiento suficiente, el mundo se llenó de hormigón. El primer puente fue el Memorial de Arlington.

Al principio las tipologías se basaban en los tipos y formas de los puentes anteriores, de piedra y metálicos. Finalmente se dirigieron a sus dos soluciones clásicas

• Vigas de alma llena en T con losa superior para luces medias o vigas cajón para luces grandes.

• Los arcos de hormigón, solución idónea para este material que se comporta excelentemente a compresión.

Actualmente la investigación en el hormigón armado se centra en aumentar la resistencia y disminuir el peso específico. La primera tendencia conduce a hormigones de

alta resistencia (500 Kp/ ) la segunda conduce a

hormigones aligerados.

Las luces que se pueden llegar a alcanzar hoy día con losa de hormigón son de 20m.

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1.7. PUENTES DE HORMIGÓN PRETENSADO

El hormigón pretensado es una evolución del hormigón armado, en el que las armaduras pasivas se sustituyen por una armaduras

activas que comprimen el hormigón antes de entrar en

servicio, de modo que cuando la estructura entra en servicio las fisuras que aparecen son muy pequeñas o no suelen aparecer. La estructura entra en tensión (compresión) antes de entrar en servicio. Dependiendo del momento en el que se tensan las armaduras reciben el nombre de prestezas o postesas. Para este proceso se utilizan gatos, anclajes, armaduras de alta resistencia, cuñas…

El creador del hormigón pretensado fue Freyssinet quien lo introdujo en los tendidos eléctricos por primera vez, lo cual fue un fracaso. Pero en el año 1934 en la reparación de una estación marítima que se estaba hundiendo se dio a conocer mundialmente. A partir de ese momento casi todos los puentes se empezaron a hacer con esta técnica.

Una gran ventaja es que permite solidarizar partes ya construidas con anterioridad, lo que constituye el principio de la prefabricación, pudiendo aplicar todos los procedimientos constructivos puestos a punto por la construcción metálica.

El primer puente pretensado fue el Puente de Oelde. Biapoyado con 31m de luz constituido por 4 vigas de doble T.

Tuvo su mayor auge después de la II Guerra Mundial, cuando fue necesario construir múltiples puentes destruidos. Se ahorraba en acero (70%) y en hormigón (30%-40%)

Los puentes in situ pretensados han permitido resolver problemas de nudos de comunicación, teniendo

posibilidades casi infinitas.

Finalmente cabe indicar que el puente prefabricado pretensado construido por dovelas en avance en voladizo, fue utilizado por primera vez en la Unión Soviética.

Las posibilidades de montaje son variadas, entre ellas vigas en doble T (hasta 50m de luz), las vigas artesa (120m de luz) o el puente empujado mediante empuje hidráulico.

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1.8. PUENTES MIXTOS

El siguiente paso en la evolución de puentes de acero y hormigón es el puente mixto, la estructura está constituida por una cabeza inferior y alma metálicas conectadas con una losa superior de hormigón, trabajando solidariamente gracias a elementos conectores llamados “conectadores”.

Uno de los problemas en los puentes metálicos fue la materialización de la capa de rodadura, en un principio se hacían de madera, más delante de rejilla metálica, ambas soluciones eran bastante incomodas para los peatones y tráfico rodado.

Es con la introducción de las losas ortótropas cuando el tablero forma parte de la sección resistente del puente. Sin embargo su coste era caro por eso se ha preferido la estructura mixta con tablero de hormigón para luces medias. Hay que indicar que la plataforma de rodadura metálica colabora resistentemente con la estructura en la losa ortótropa.

En tableros mixtos, las jácenas pueden ser vigas doble T o vigas cajón, resultando más económicas las primaras, excepto cuando el vano a salvar es grande, entonces se prefiere la viga cajón por una mejor distribución de las tensiones longitudinales, en el caso de cargas excéntricas.

El hecho de que la cabeza inferior metálica resista bien las tracciones y la cabeza

superior las compresiones, hace que la solución mixta está perfectamente justificada en

tramos simplemente apoyados, sin embargo en tramos continuos es necesario armar la losa ya que en los apoyos surgen tracciones en la cabeza superior y compresiones en la cabeza inferior, en este caso es necesario armar la losa.

Las principales ventajas de los puentes mixtos frente a los pretensados son:

• Mayor ligereza.

• Mayor rapidez de construcción.

• Menor interferencia con el tráfico.

• Prefabricación en taller, lo que supone mayor calidad.

El mayor problema de las estructuras mixtas es lograr que el hormigón y el acero trabajen conjuntamente, para garantizar la trasmisión de esfuerzos. Para garantizar esta conexión se utilizan los conectadores, que van soldados al acero y embebidos en el hormigón. Según la forma de trabajo se dividen en:

• Conectadores rígidos: trasmiten el esfuerzo rasante sin que haya deslizamiento

entre los dos materiales.

• Conectadores flexibles: se producen pequeños deslizamientos entre ambos

materiales en situación de servicio. Se utiliza el perno tipo stud, colocación con pistola y soldándose automáticamente al ala superior del perfil metálico.

• Conectadores deslizantes: en estos se producen desplazamientos apreciables

entre el hormigón y el acero, no siendo utilizados en puentes.

Los tableros mixtos se han utilizado en muchas tipologías diferentes. En España en el río Ebro, sin embargo el más largo es el de Wilde Gera en Alemania con 827m de luz.

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1.9. PUENTES COLGANTES

La evolución histórica de este tipo de puentes es de lo más rica y amplia, llegando hasta nuestros días y evolucionando en el futuro. Pese a esto cabe destacar que en algunos países se llegase a prohibir su construcción.

1.9.1. ETAPA PRIMITIVA

A esta etapa pertenecen los puentes colgantes estudiados en los apartados 1.2.1. Puentes catenaria Incas,

1.2.2. Puentes catenaria en China y en el Tíbet 1.2.3. Puentes colgantes en el Renacimiento

Puentes muy variados, desde formado por fibras vegetales trenzadas hasta puentes formados por cadenas y tableros de madera.

1.9.2. ETAPA DE REDESCUBRIMIENTO

Quitando los casos primitivos, los puentes colgantes se iniciaron en Occidente a principios del siglo XIX, debido al americano James Finley, que construyó una serie de puentes colgantes con cadenas análogos a los chinos, independizando el tablero de los cables principales. El primer puente construido fue el Jacob´s Creek con 21m de luz.

Su estructura está formada por dos cadenas de hierro parabólico, de la que colgaban las péndolas que sostienen un tablero rigidizado.

Los puentes de James Finley se conocieron muy pronto en Estados Unidos y Europa, y produjeron un rápido desarrollo de los puentes colgantes, no solo para grandes luces, sino también para pequeñas y medias por ser económicos. Se considera como el comienzo de los puentes modernos.

A partir de ese auge se empezaron a construir puentes colgantes por ambos continentes, de 79m como el Dryburgh, 137m del Union Bridge ambos en Escocia. Algunos fueron destruidos y es que este tipo de puentes presentaban problemas de inestabilidad y

deformabilidad, mala resistencia a flexión y torsión.

El siguiente paso en la evolución lo dieron los franceses quienes sustituyeron las cadenas por cables de alambres paralelos, aunque era más caro. Ambos métodos se utilizaban contemporáneamente.

La construcción de este tipo de puentes en toda Europa fue masiva, siendo el más largo el de Joshep Chaley en 1834 con 265m. La mayoría acabaron sucumbiendo a puentes de hormigón.

13 En Estado Unidos más de lo mismo, se construyeron puentes de hasta 318m de luz del puente sobre el rio Allegheny, pero antes o después acababan cayéndose.

El puente que logró tener el record de luz en 1855 fue el Puente colgante sobre el río Niagara, tenía

dos plataformas, una para automóviles y otra para ferrocarril. Además estaban unidas entre sí para formar una viga de mayor

rigidez, lo que evito las grandes

deformaciones que solían tener este tipo de puentes al paso del ferrocarril. Además su constructor, Roebling añadió tirantes en sus extremos por lo que aumentaba la rigidez del tablero. En 1866 se sustituyeron las torres de piedra por torres metálicas, debido al deterioro provocado por las vibraciones del ferrocarril. Más tarde se tuvieron que reforzar los cables para permitir el paso de trenes más pesados. Finalmente se sustituyó por un puente arco capaz de resistir los nuevos incrementos de carga.

1.9.3. ETAPA DE ESPLENDOR DE LOS PUENTES COLGANTES AMERICANOS Esta etapa va desde la construcción del puente de Brooklyn hasta el puente de Tacoma.

La obra cumbre de Roebling fue el puente de Brooklyn, donde introdujo numerosas innovaciones, en el montaje de cables, ejecución o la utilización de acero para el tablero. Las obras duraron 14 años y no llegó a verlo terminado, al poco de empezar las obras murió y fue su hijo quien se encargó de terminarlo en 1883 con una luz de 486m. Pero el record le fue arrebatado por el puente Firth of Forth, que lo supero en 35m. En Europa motivados por la luz que pudo salvar el puente de Broolyn y por las novedosas técnicas empezaron a construir de nuevo puentes colgantes. El máximo representante europeo fue Arnodin, con su puente sobre el Ródano de 274m de luz, también se dedicó a hacer puentes transbordadores, en España tenemos el de Vizcaya.

En la década de los 20 y 30 del siglo XX la proliferación fue asombrosa, con vanos cada

vez más grandes, desplazando a los puentes Cantiléver y dominando el espacio de las

grandes luces. Un ejemplo claro es el Puente de Benjamin Franklin en Philadelphia con una luz de 533m y una luz total de 2918, un record que aún ostenta.

En 1929 en el Puente de Mount Hope se introduce un cambio revolucionario. Hasta el momento los cables principales estaban constituidos por alambres paralelos que iban sujetos en los extremos (lo cual producía problemas tensionales) y a partir de esta fecha aparecen los cables de cordones pretensados prefabricados, en los que los cables se enrollan en espiral formando cordones que se envuelven en neopreno y se fijan con gatos. Uno de los puentes más característicos, el Golden Gate, diseñado por Joseph Baerman Strauss tiene una longitud total de 2737m y un vano central de 1280m, con unas torres de 227m. Sus cables principales tienen un diámetro de 92cm.

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Esta época termina con el puente de Tacoma Narrows, proyecto en el que se redujo al máximo el canto de las vigas alcanzando una esbeltez de L/355, ya que la evolución tendía a hacer los puentes más largos y delgados, dejando de lado la rigidez del tablero. Los efectos de la gran esbeltez y la inestabilidad aerodinámica debida a las vigas de alma llena provocaron movimiento de ondulación desde el día de su inauguración. Hasta que se cayó. El desastre del puente de Tacoma cambió la metodología de cálculo de los puentes colgantes frente a acciones de viento, siendo obligatorio ensayos en túnel de viento tras este incidente.

1.9.4. ETAPA DESDE EL PUENTE DE TACOMA HASTA LOS ACTUALES PUENTES EUROPEOS Y ASIATICOS

Como consecuencia del incidente de Tacoma, se formó una comisión para investigar las causas, y que concluyó en que muchos de los puentes en uso no tenían suficiente seguridad, por lo que hubo un gran periodo en el que se invirtió en hacer determinados puentes más anchos con el fin de evitar el colapso.

En otros casos se sobredimensionaron de manera exagerada los puentes. El puente de Verrazano tenía una esbeltez de 1/100, los cimientos se llevaron hasta los 60m de profundidad, y se proyectó el puente para vientos de 1000 a 1500 Km/h.

Los estudios de aeroestabilidad comenzados en Estados Unidos llevaron a la división en dos escuelas en referencia a la forma de proyectar los puentes colgantes:

• La escuela americana: consiste en seguir utilizando vigas trianguladas que permitan pasar el viento, pero con gran rigidez a torsión y flexión.

Puente Verrazano y de Lisboa (1013m).

• La escuela europea: consiste en utilizar secciones cajón de forma

aerodinámica, que impide la formación de remolinos de Von Karman, reduciendo

los problemas de inestabilidad, por lo que el canto se reduce notablemente. Puente del Serven (987m) y sobre el estuario Humber (1410m)

La construcción de este tipo de puentes ha

seguido produciéndose hasta nuestros

tiempos, y el record de luz está en 1990m de Akashi-Kaiyo. Es de la escuela europea, con cajón aerodinámico.

Actualmente está en proceso el puente del general Yi Sun-Sin, con una luz entre torres de 1545, con una longitud total de 2260m. Estará constituido por dos vigas cajón aerodinámicas unidas trasversalmente, dejando un hueco entre ellas que reduce el peso.

15 1.9.5. GRANDES PUENTES COLGANTES FUTUROS

Actualmente dejando al margen la crisis económica, hay grandes proyectos de puentes colgantes. El primero de ellos es el Puente sobre el estrecho de Mesina (L=3300m LT=3700) que tendrá cuatro calzadas para automóviles, dos para ferrocarril y estará constituido por tres secciones en cajón aerodinámicas.

Finalmente el estudio de la construcción de un gran puente colgante sobre el estrecho de Gibraltar obligaría a cimentar a más de 300m de profundidad, y supondría una longitud total de 14 kilómetros, con dos vanos centrales de 5000m. Las torres requerirían más de un kilómetro de altura. De hacerse sería un puente híbrido

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1.10. PUENTES ATIRANTADOS

1.10.1. PRIMEROS PUENTES ATIRANTADOS

El primer dato conocido de utilización de cables atirantados en puentes data de la época primitiva, situado en el continente asiático. Solían ser puentes hechos de bambú atirantados por lianas.

Ya en la edad moderna existen varias representaciones gráficas de puentes atirantados, pero no es hasta el año 1817cuando los ingenieros Redpath y Brown construyeron el primer puente en Inglaterra, constaba de dos torres de donde salían los cables que atirantaban los 34m de puente.

La idea de utilizar atirantamientos para soportar la viga de rigidez de un puente fue desarrollada por Navier en 1823.

En 1824 en Alemania se construyó un puente atirantado el río Saale de 78 metros de luz donde a parte de los típicos tirantes torre-firme aparecían unos tirantes ortogonales que los unían, sin embargo debido a la falta de atirantamiento el puente tenía excesivas deformaciones por sobrecarga, por lo que terminó colapsando.

Poco más tarde un complicado diseño, mezcla entre puente colgante y atirantado fue el que se construyó en Praga con 142m de luz. Se usaban

barras inclinadas que iban desde los puntos de

anclaje del tablero hasta lo alto de las torres y para evitar que se combaran bajo la acción del peso propio, los cables se colgaban mediante péndolas mediante péndolas verticales de unos cables principales que adoptaban la forma de catenaria. También se utilizó en el puente Albert (Foto) de 122m de luz sobre el Támesis.

Mientras tanto en EE.UU. Roebling introdujo cables de atirantamiento en arpa junto a los sistemas de suspensión, que resultaron de gran efectividad para rigidizar los tableros y evitar los fenómenos de inestabilidad debidos al viento. Por un lado los tirantes colaboran en el soporte de la carga y por otro rigidizaban el tablero evitando fenómenos vibratorios.

El primer gran puente construido por este método fue el puente de Roebling sobre el río Niágara, con un doble sistema de circulación con ferrocarril por la parte inferior. La utilización del atirantamiento de los cables inclinado proporciona rigidez frente a cargas móviles del ferrocarril. El resultado fue tan exitoso que se mantuvo el sistema de tirantes inclinados en los siguientes puentes que proyectó.

Pese al éxito de estos puentes en EE.UU. al otro lado del charco se abandonó su construcción a partir de la segunda mitad del siglos XIX, fomentado por el desconocimiento teórico de los cables, los colapsos y las críticas realizadas por Navier.

17 No obstante a finales de dicho siglo en Francia, el ingeniero Arnodin dispuso un sistema parecido a de Roebling, pero los tirantes era en abanico desde los puntos altos de las torres, reduciendo las flexiones de la viga de rigidez en la zona de influencia.

Como causa de los fracasos de los primeros puentes atirantados cabe destacar los defectos estructurales de los elementos de suspensión, bien por el desconocimiento de su funcionamiento o bien por la falta de atirantamiento de los cables durante su construcción. Esto genero la duda de si eran seguros.

La primera solución radical de puente atirantado que satisfacía la necesidad de rigidez y economía fue propuesta por Gisclard, utilizando cables inclinados y verticales. Este sistema estaba particularmente adoptado por el tráfico ferroviario ya que resistía grandes cargas. En este sistema los tirantes inclinados se extienden a todo el vano.

Como muestra de esta tipología en España tenemos el Acueducto de Tempul, construido por Torroja en el año 1926.

Los cables que atirantan el tablero fueron hormigonados una vez entraron en carga para evitar la corrosión.

1.10.2. PUENTES ATIRANTADOS METÁLICOS

Dischinger iniciador de los puentes atirantados en el siglo XX detectó los problemas que

presentaban los puentes colgantes para resistir las cargas dinámicas producidas por los ferrocarriles, llegando a la conclusión de utilizar cables atirantados. Además con la necesidad de construir puentes de coste lo más reducido posible después de la II guerra mundial, los puentes atirantados volvieron a escena.

El puente de Strömsund en Suecia proyectado por Dischinger tenía unas torres de estructura trapezoidal articuladas en la base que permitía giros en la dirección longitudinal del puente producidos por las tensiones de los cables, 182m de luz.

A partir de la década de 1950 la evolución de los puentes atirantados ha sido muy intensa, pudiendo considerar dos etapas claramente diferenciadas.

1.10.2.1. PRIMERA ETAPA DE LOS PUENTES ATIRANTADOS METÁLICOS Corresponde a los puentes construidos en Alemania después de la II guerra mundial, y se distingue porque los puentes tienen pocos anclajes y muy separados. La viga de rigidez funciona como una viga continua sobre apoyos aislados. Las luces de estos puentes son de tipo medio, inferiores a 400m y las vigas son metálicas de alma llena y el tablero es una losa ortótropa.

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De este periodo cabe destacar Bonn Norte de un vano central de atirantamiento con 20 cables por haz. El tablero se resuelve mediante viga cajón rigidizada mediante triangulación y los grandes voladizos laterales tienen puntales apoyados en la losa inferior del cajón.

En el caso del puente del Ress, con tipología similar, las torres llegan a alcanzar una altura de 46m, y tiene una disposición de 10 cables a casa lado de la torre.

En el puente de Duisburg-Neuenkapm cada torre de 49m soporta dos haces de 3 cables cada uno y está conectada con una articulación en la pila, pasando por un agujero en el tablero. Dicho tablero está soportado por una viga rectangular de 36,30 metros de ancho por 3,50m de canto, rigidizada mediante triangulación. Los voladizos están soportados por puntales que arrancan del ala inferior de la viga cajón.

1.10.2.2. SEGUNDA ETAPA DE LOS PUENTES ATIRANTADOS METÁLICOS A partir de ahora desaparece el dominio alemán de puentes atirantados y su utilización se universaliza. Corresponde a los puentes con muchos tirantes y con anclajes en el tablero situados a corta distancia, reduciendo de forma apreciable la flexión sobre el tablero y permitiendo esbelteces del orden de L/200.

El primer puente de este periodo se sitúa entre Saint Nazaire y Saint Brevin con 404m de luz. El tramo atirantado tiene dos pilas de 61m de altura sobre las que se disponen dos torres metálicas en forma de A. Los tirantes se disponen en los vértices superiores de las torres y la separación de los anclajes al tablero es de 16m.

A partir de este momento la construcción de puentes atirantados metálicos se extiende por todo el mundo, con distancias entre vanos mayores, mayores cables y mayor distancia entre anclajes. Las formas de las torres va cambiando pasando por formas en H, V e Y invertidas…

Es menester destacar el puente de Stonnecuters en Hong Kong con un vano central de 1018m, unas torres de 298m de altura en forma troncocónica, de la que salen los cables que atirantan el tablero.

19 1.10.3. PUENTES ATIRANTADOS DE HORMIGÓN

También ha habido numerosas construcciones de puentes atirantados con tablero de hormigón. Este tipo de tablero presenta además una importante rigidez, menores flechas que en los metálicos, y un coeficiente de amortiguamiento que conduce a pequeñas oscilaciones cuando está sometido a cargas dinámicas de viento o tráfico. Es muy adecuado para la construcción de voladizos sucesivos prefabricados, en un principio armados y después pretensados.

1. Las componentes horizontales de los tirantes inclinados causan una compresión, que combinada con la flexión, es favorable en un tablero de hormigón.

2. El canto de las jácenas principales suele ser bajo.

3. La cantidad de acero en cables es relativamente más baja.

4. La construcción de los cables y tablero de hormigón es más sencilla.

5. Las flechas son pequeñas y el sistema puede utilizarse para cargas ferroviarias. Un claro ejemplo de esta tipología de

construcción es el puente del ingeniero Ricardo Morandi, llamado puente de Maracaibo, tiene 8,85Km de longitud y comprende cinco vanos atirantados de 235m. Está sujeto por tirantes inclinados que parten de lo alto de 6 torres en forma de A de 95m de altura.

En algunos de estos puentes la parte más débil son los tirantes, por eso en algunos casos se encierran en tubos de polietileno y se inyecta mortero de cemento, para protegerlos de la corrosión. Es el caso del puente de Pasco-Kennewick, vano principal de 299m, el tablero tiene un canto de 2,15m y las torres de 69m de altura unidas mediante vigas de hormigón armado en su coronación, tienen doble plano de atirantamiento con 36 cables por haz.

En España destaca el puente sobre el embalse de Barrios de Luna. Como consecuencia de la orografía fue necesario disponer contrapesos en los vanos laterales para poder compensar los vanos tan cortos que requería.

A partir de los años 80 la construcción de puentes atirantados en el mundo creció de forma espectacular. Se fueron ensanchando los tableros, recortando esbelteces, alargando luces y las torres en consecuencia fueron adquiriendo mayor altura, aunque siempre limitadas por las propiedades del hormigón.

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1.10.4. PUENTES ATIRANTADOS SINGULARES

En este apartado se incluyen una selección de puentes singulares por su diseño. En España destaca el Puente del Tercer Milenio en Zaragoza.

Puente arco Dubái Puente Octavio Frías de Oliveira en Brasil

1.11. PUENTES EXTRADOSADOS

El concepto de pretensado extradorsal en puente fue presentado por Jaques Mathivat en 1988 y es una solución en la que los tendones se sitúan fuera del canto del tablero, por encima o por debajo de este, es una situación intermedia entre el pretensado exterior de una viga cajón y el producido en un puente atirantado.

En el pretensado extradorsal los cables se salen fuera del canto del tablero por encima o por debajo de este, por lo que produce compresiones longitudinales en el tablero, mientras que en un puente atirantado producen reacciones verticales. Esto conduce a que las torres sean más bajas, lo que facilita su uso en determinados lugares, como aeropuertos.

El primer puente extradorsal conocido internacionalmente es el de Odawara Blueway, con una luz de 122m. Desde entonces se han construido más de 120 puentes, la mayoría en Asia.

En España existe el Viaducto de Osomort, que tiene 11 vanos de 40 metros y tablero de viga de hormigón continua. Fue el primer puente europeo de esta tipología.

El record lo ostenta el puente Wuhu en China es el puente extradosado de mayor luz, consta de una viga de rigidez metálica en celosía y dos tableros, el superior para tráfico carretero y el inferior para ferroviario.

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1.12. PUENTES DE BANDA TENSADA

La última tipología planteada en las últimas décadas es el puente de banda tensada, o también conocido como bandatesa. Consiste en reunir en un solo elemento estructural la viga de rigidez, el tablero y el cable portante de un puente colgado.

La banda tensada utiliza dos condiciones principales:

1. Una relación flecha/luz más pequeña que los puente catenaria, fijada en 1/100 para tráfico viario y en 1/50 para peatones.

2. Unos espesores pequeños que no suelen superar los 30cm. La primera condición es necesaria por:

• Diseñar una plataforma de tráfico lo más plana posible.

• Generar una gran rigidez al puente frente a las sobrecargas de uso. Cuanto más tensa esté la banda menores flechas.

Para conseguir una relación flecha/luz pequeña es necesario un gran número de cables internos. Por otro lado el pequeño espesor de la losa tiene como misión reducir el peso propio y alterar lo menos posible la flexibilidad de los cables. Por eso su utilización se ha dirigido principalmente a pasarelas.

Un Puente Barra Maldonado, Uruguay

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CAPITULO 2: TIPOLOGÍA Y CÁLCULO DE PUENTES

Los puentes pueden clasificarse atendiendo a la forma de trabajo, al material utilizado, a su geometría en planta o al tipo de tráfico que soportan.

2.1. CLASIFICACIÓN DE LOS PUENTES POR LA FORMA DE TRABAJO

CLASIFICACIÓN DE LOS PUENTES POR LA FORMA DE TRABAJO

1. Puentes catenaria 2. Puentes viga 3. Puentes Cantiléver 4. Puentes Losa 5. Puentes Arco 6. Puentes Pórtico 7. Puentes en Celosía 8. Puentes Colgantes 9. Puentes Atirantados 10. Puentes Extradosados 11. Puentes de Banda Tensada.

CLACIFICACIÓN DE LOS PUENTES POR EL MATERIAL UTILIZADO

1. Puentes de piedra 2. Puentes de madera 3. Puentes metálicos 4. Puentes de hormigón 5. Puentes mixtos

CLASIFICACIÓN DE LOS PUENTES POR SU GEOMETRÍA EN PLANTA

1. Puentes rectos 2. Puentes esvíados 3. Puentes curvos

CLASIFICACIÓN DE LOS PUENTES SEGÚN SU TRÁFICO

1. Puentes de carretera 2. Puentes de ferrocarril 3. Acueductos

4. Pasarelas

2.2. PUENTE CATENARIA

Constan de los elementos portantes fabricados por lianas trenzadas, cuerdas o cables de acero, así como de una plataforma más o menos rudimentaria que puede estar construida con tablas o cuerdas trenzadas. La plataforma está soportada por los dos cables principales y encima de estos se sitúan otros dos cables unidos a ellos por cuerdas o cables, constituyendo las barandillas de la pasarela. A ambos lados del puente se situaban grandes bloques de piedra que servían de anclaje a los cables trenzados.

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2.3. PUENTES DE VIGAS, PUENTES LOSA Y PUENTES CANTILÉVER

2.3.1. PUENTES VIGA

Una viga es una pieza lineal que suele disponerse recta, apoyada en dos puntos resistiendo las cargas que actúan sobre ella por flexión. La capacidad resistente de una viga a flexión es función del momento de inercia de su sección transversal, que depende fundamentalmente del canto, razón por la que en vigas metálicas y de hormigón se tiende a disponer la mayor cantidad de área en las fibras más alejadas del centro de gravedad. La disposición de varias vigas paralelas unidas por la losa superior nos conduce al tablero de vigas.

La magnitud de los momentos flectores que solicitan a una viga es función de las cargas actuantes y de la luz o distancia entre apoyos de la misma, por lo que a igualdad de cargas, la luz es el factor decisivo.

Para cargas uniformes el momento flector crece con el cuadrado de la luz. Por tanto, a medida que se incrementa la luz de la viga hay que incrementar la inercia de la misma o lo que es lo mismo, su canto, lo que implica una mayor sección y consecuentemente un incremento de peso o de carga permanente repartida, por lo que el momento flector máximo aumenta en mayor proporción que la luz, al ser proporcional al cuadrado de la luz.

Por otro lado, como hemos indicado, para aumentar la inercia incrementando lo menos posible el área, conviene situar la mayor cantidad de masa lo más alejada posible de la fibra neutra, lo que conduce a las secciones en doble T y en cajón.

2.3.2. PUENTES LOSA

Está constituido por una losa maciza de hormigón armado o pretensado, al que en un intento de reducción del peso propio se le introducen una serie de aligeramientos cilíndricos, conduciendo a la losa aligerada son que se produzca una reducción apreciable de su momento de inercia. Con la idea del aligeramiento, se llega al tablero de vigas de alma llena, que pueden ser metálicas o de hormigón.

El tablero está formado por una serie de vigas longitudinales, que están unidas a la losa que constituye el tablero del puente. Esta unión se realiza en caso de losa de hormigón por medio de esperas en la cabeza superior de las vigas, en caso de vigas metálicas se dejan una serie de conectadores metálicos soldados al ala superior de la viga.

25 En el caso de que se disponga sobre las vigas longitudinales metálicas un tablero metálico constituido por vigas metálicas transversales, se llega a lo que se denomina losa

ortótropa.

Para conferirle mayor resistencia, antiguamente se usaban riostras (vigas transversales), que hacían trabajar conjuntamente a las vigas longitudinales. Actualmente dada la complejidad de su ejecución y que no se compensa por la mayor eficacia del reparto de la flexión entre vigas, está en desuso y en cambio se aumenta la capacidad resistente de las vigas longitudinales.

Las cargas más usuales son el peso propio, la carga muerta (pavimento, barreras de seguridad, etc.) y la sobrecarga de tráfico. La distribución en el tablero depende del tipo de sobrecarga. En el caso de puente de carretera se disponen las dos vigas extremas de tablero y el resto se distribuye uniformemente en el ancho de este. En el caso de puente de ferrocarril, es recomendable que la distribución de las vigas inferiores sea de manera que existan vigas bajo los carriles de la vía, para que la transmisión de las cargas del material móvil sea los más directo a estas.

Los tipos de vigas utilizar son, vigas en doble T, cuando las cargas son muy importantes o las luces aumentan se utilizan vigas artesa, presentan la ventaja de suministrar una mayor rigidez a torsión al tablero. También se usan vigas cajón de una o varias células cuando las luces aumentan y se necesita una sección más resistente.

2.3.3. PUENTES CANTILEVER

Son aquellos que tienen doble tablero, superior e inferior, con dos tipos de circulación. La viga que se suele usar es la viga en celosía, que son exclusivamente metálicas. La denominación cantiléver supone dos tramos de puente en voladizo y un tramo central apoyado simplemente en sus extremos. La viga cantiléver, también denominada Gerber presenta las siguientes ventajas, respecto a la viga continua:

- Se pueden dejar fijos los apoyos principales y hacer móviles las articulaciones, acumulando en ellas las deformaciones por fluencia, retracción y temperatura.

- El cálculo de las leyes de momentos flectores y esfuerzos cortantes es mucho más fácil que en el caso de una viga continua, pues se trata de estructuras isostáticas.

Sin embargo presenta como desventaja la dificultad de construir las articulaciones que hay que crear y realizar un diseño cuidadoso que evite la entrada de agua a la articulación.

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2.3.4. CALCULO DE LOS PUENTES VIGA

La forma de trabajo de los puentes viga es flexión. Los métodos matriciales y los elementos finitos los que se han impuesto como consecuencia del desarrollo de la potencia de los ordenadores y la adecuación de estos métodos para su programación.

El cálculo de un puente viga puede realizarse con diferentes grados de aproximación: 1. Modelizando el tablero como una viga continua apoyada en las pilas y estribos,

definida por su área e inercias, lo que conduce exclusivamente al cálculo longitudinal, obviando el cálculo transversal del puente, que deberá realizarse mediante otros modelos parciales.

2. Modelizando el tablero como un elemento superficial mediante elementos finitos tipo SHELL, manteniendo las condiciones de apoyo, que normalmente serán puntuales en los neoprenos, de mayor complejidad que el anterior, pero que permite obtener de forma simultánea el cálculo longitudinal y el transversal del tablero del puente.

3. Es bastante usual modelizar el tablero mediante un emparrillado conservando las condiciones de apoyo y utilizando elementos muy rígidos, para compatibilizar la excentricidad entre el plano de la celosía y los puntos de apoyo del tablero. Es un modelo más sencillo que el anterior, pero suficientemente.

2.3.5. METODOS CONSTRUCTIVOS DE LOS PUENTES VIGA

La construcción de puentes viga se realiza por diferentes procedimientos que dependen fundamentalmente de la luz del puente, distinguiéndose de forma general dos procedimientos:

- Construcción in situ

La construcción in situ es un procedimiento que se utiliza en los puentes de hormigón, pues los puentes metálicos son todos prefabricados. Dentro de los puentes de hormigón cabe la posibilidad de prefabricar algunos elementos del puente como las vigas y hormigonar in situ otros como el tablero, dando lugar a una especie de construcción mixta de prefabricación-in situ. Así se construyen la mayoría de los puentes, como son los puentes de vigas (en doble T y en artesa) para luces pequeñas y medias, hasta 45 m en vigas doble T y superando los 60 m con vigas artesa.

- Construcción mediante prefabricación.

Normalmente, la estructura de un puente es lo suficientemente grande para que sea necesario subdividirlo en elementos más pequeños, hasta llegar a construir la estructura final.

o Subdivisión longitudinal.

Da lugar a los tableros de vigas con sección en T, en doble T o en vigas artesas. Este tipo de construcción se utiliza para vigas simplemente apoyadas, a las que se les da uniformidad a través de la losa compresión superior.

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o Subdivisión transversal.

Da lugar a la construcción mediante dovelas sucesivas, bien de sección completa o bien de sección en cajón central, para posteriormente para construir las alas laterales.

2.3.5.1. MÉTODOS DE CONSTRUCCIÓN IN SITU O MEDIANTE PREFABRICACIÓN. Una división general de los procedimientos constructivos de los puentes vigas a tendiendo al sistema de construcción del tablero es:

1. Construcción sobre cimbras apoyadas en el suelo.

Un puente viga de hormigón pretensado puede construirse sobre una cimbra hormigonado in situ. Pueden ser de luces pequeñas y medias. El

material usado es elementos metálicos

reutilizables.

En el caso de cimbras altas se emplean apoyos de gran capacidad y vigas trianguladas de gran canto.

Las cimbras pueden apoyarse en el suelo o ser

cimbras autoportantes. Las luces cubiertas por la construcción oscilan entre 20 y 50 m.

2. Construcción sobre cimbras autoportantes.

Cuando el tablero está muy elevado las cimbras constituyen estructuras metálicas revelantes, lo que encarece el coste del hormigonado. Si la longitud del viaducto lo

permite, pueden utilizarse cimbras

autoportantes que permiten una

automatización de los procesos de montaje y desmontaje de las mismas.

Las cimbras autoportantes suelen emplearse en puentes con muchos vanos de luces

moderadas. Se trata de una viga metálica que se apoya en las pilas del puente y que permite la construcción completa de uno o varios vanos. Posteriormente la cimbra se traslada horizontalmente apoyándose en las cimbras del puente hasta el vano siguiente, este procedimiento permite un ritmo elevado de construcción, sin mirar al de las vigas prefabricadas.

La secuencia de las operaciones requiere que la parte trasera del pórtico de avance este apoyada sobre el tablero construido previamente, estando el otro apoyo en la pila siguiente.

La principal ventaja de este sistema frente al de avance por voladizo sucesivos consiste en el ahorro de pretensado, ya que no se crean en la estructura esfuerzos de voladizo durante las fases constructivas.

3. Construcción por voladizos sucesivos.

La construcción por dovelas prefabricadas o ejecutadas in situ, que avanzan en voladizo sobre las ya elegidas es un procedimiento muy adecuado para las grandes luces, o bien cuando las pilas son muy altas.

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Las dovelas prefabricadas se izan con medios de elevación potentes y se unen a las anteriores. Si se ejecuta in situ, se construye mediante un carro de avance que se apoya en las dovelas anteriores. En ambos casos la estabilidad de cada etapa se asegura con el pretensado de cables.

En la construcción con dovelas

prefabricadas se pueden distinguir tres etapas a lo largo de los años:

o Primera etapa, las dovelas llevaban juntas de mortero de cemento,

llave única a cortante y cables anclados en la propia junta.

o Segunda etapa, se caracteriza por la prefabricación conjugada, el

empleo de resinas epoxi en las juntas, las llaves multiples para el cortante y el anclaje de los cables en el interior en la dovela en unos bloques dispuestos a defecto.

o Tercera etapa, emplea el pretensado exterior y en las de celosía.

La construcción por voladizo sucesivos puede realizarse con una única dirección de avance, la denominada construcción evolutiva, o bien con crecimiento simétrico del tablero a ambos lados de las pilas, voladizos compensados.

4. Construcción por traslación horizontal.

En muchos casos resulta conveniente construir el puente total o parcialmente, fuera de su posición definitiva y después trasladarlo a ella. Dentro de este sistema puede distinguirse los siguientes.

o Puentes empujados.

En este caso, el puente se construye, en un parque fijo en uno de los dos extremos del mismo y mediante traslación longitudinal, el puente se va desplazando por fases sucesivas hasta llevarlo a su posición definitiva mediante empuje, razón por lo que se denomina puente empujado. El puente va avanzando en voladizo desde una pila a la siguiente. El lanzamiento se realiza por medio de una estructura metálica denominada “nariz” que dispone de un sistema hidráulico de elevación en la punta, en el caso de que la flecha de peso propio haga que llegue a la pila siguiente ligeramente por debajo de la superficie de apoyo.

Durante el proceso de lanzamiento el tablero está sometido continuamente a cambios de la ley de momentos flectores, de forma que cualquier sección transversal está sometida a los máximos momentos flectores de peso propio, desplazándose de zonas de momentos positivos a zonas de momentos negativos, lo que hace que las tracciones y las compresiones vayan pasando de la zona inferior a la

29 superior y viceversa. Esto obliga a disponer armadura activa recta en las fibras superiores y en las inferiores de la sección, de forma que sea capaz de resistir la gran amplitud de momentos de peso propio y carga permanente definida por la envolvente al moverse el tablero de apoyo a apoyo. A esta armadura se le llama armadura central. Una vez terminado el empuje del puente, se añaden otras familias de armaduras de continuidad, que tienen por objeto resistir los incrementos de momentos que aparecerán como consecuencia de la sobrecarga de tráfico.

o Puentes ripados.

En este caso se construye todo el puente paralelo a su posición definitiva y después se ripa lateralmente mediante gatos y apoyos deslizantes a la posición final.

Este procedimiento suele utilizarse en la sustitución de tableros existentes por aumento de la sobrecarga y presenta la ventaja de que se puede mantener en servicio el puente existente mientras se construye el nuevo.

5. Construcción por giro horizontal

El giro horizontal se utiliza cuando el puente se construye paralelamente a la orilla del rio y después mediante giro sobre una rotula constituida a tal efecto, se realiza el giro del puente para llevarlo a su posición definitiva.

Un variante de este procedimiento es construir dos semipuentes en una orilla del rio y luego girarlo sobre las pilas y unirlos en el centro del rio.

6. Construcción mediante traslación por flotación.

El traslado de puentes por flotación se ha empleado con frecuencia en zonas marítimas y grandes ríos. Este procedimiento requiere utilizar grandes grúas flotantes para el montaje del puente o sistemas de elevación del mismo mediante gatos.

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2.4. PUENTES ARCO

EL arco es una estructura cuya forma ideal de trabajo es la compresión, lo que lleva que su forma geométrica sea la del antifunicular de las cargas a las que está sometido. En el caso del arco de medio punto, es el antifunicular de carga radial repartida por unidad de longitud de arco. Sin embargo, para otro tipo de cargas repartidas o puntuales el arco de medio punto deja de ser el antifunicular.

En los puentes arco, el terreno de cimentación debe ser bueno ya que el arco ejerce unos empujes horizontales en los estribos que deben ser aguantados por el terreno de cimentación, lo que siempre ha condicionado el emplazamiento del arco.

En el caso de los puentes de varios arcos el problema es la compensación de los empujes horizontales que se produce en las pilas, por ello se planteó la construcción de todos los arcos de forma simultánea, con lo que los empujes de las pilas estaban equilibrados, por tanto las pilas solo resistían compresiones verticales y la anchura de ellas se podía reducir de manera importante siempre que el descimbramiento se realizara de forma simultánea, lo que se denomina compensación de empujes de vanos adyacentes.

2.4.1. TIPOLOGÍA DE PUENTES ARCO

Según sea la disposición del tablero con respecto al arco, se distinguen tres tipologías: - Puente arco con tablero superior

El tablero se apoya sobre el arco por intermedio de pilares o diafragmas verticales. La directriz del arco sigue la curva del antifunicular de cargas permanentes del conjunto del puente tablero-pilares-arco, lo que conduce a curvas de tipo parábola de 2º grado. La flecha del arco se sitúa entre:

En el caso de L/4 se obtienen arcos muy satisfactorios, mientras que el caso de L/10 da lugar a arcos muy rebajados con fuertes empujes laterales.

La sección del arco es de tipo cajón de una o dos células que pueden realizarse en hormigón o incluso secciones tubulares de acero rellenas de hormigón. El arco puede ser único o pueden disponerse dos arcos paralelos.

Cuando el arco es único con la anchura del tablero, la sección cajón de este suele ser multicelular, mientras que en el caso de arcos paralelos suele acudirse a secciones unicelulares.

- Puentes arco con tablero intermedio.

Tiene dispuesto el tablero entre los arranques y la clave del arco. EL arco para no invadir la plataforma del puente tiene que estar situado en la mediana o desdoblarse en dos arcos laterales. El tablero está suspendido del arco por tirantes o barras en tracción. En este caso la relación flecha/luz suele estar alrededor de 1/6. En un arco con tablero intermedio si el arco se sitúa en el centro del puente, la dimensión horizontal del arco debe reducirse al mínimo

31 para no aumentar la anchura del tablero. Las esbelteces oscilan entre L/40 y L/60, que son mayores que en los arcos con tablero superior.

La mayoría de los puentes arcos de tablero intermedio se realizan en acero, aunque hay realizaciones importantes en hormigón.

El arriostramiento transversal se logra por la inercia del tablero, por lo que el arco puede adoptar valores muy bajos de rigidez. El pandeo fuera del plano del arco se resiste mediante arriostramiento transversal colocado entre arco y tablero. Las juntas de dilatación se disponen a cuartos de luz, donde los movimientos son menores y las péndolas más largas, por lo que se ven menos afectadas. Se disponen llaves transversales para que los empujes del viento, se transmitan correctamente al arco y a los estribos.

- Puentes arco con tablero inferior. Se suele denominar también puente arco superior. Tiene el

tablero dispuesto en los

arranques del arco, lo que reduce de forma importante la transmisión de los componentes horizontales, de las reacciones del arco al terreno, para lo que se solidarizan arco y tablero, convirtiéndose este en un tirante. En este tipo de puentes

las reacciones transmitidas a pilas y estribos son como los de una viga simplemente apoyada. Al trabajar el tablero a tracción, la solución más adecuada para él es metálica.

Esta disposición de arco es independiente de las características del terreno. La solución más utilizada es la de 2 arcos laterales muy delgados metálicos y de alma llena arriostrados, con relaciones canto/luz del orden de L/100, o incluso menores, con dinteles gruesos encargados de resistir las cargas no funiculares. Las relaciones flecha/luz se encuentran entre 1/5 y 1/8, con valor usual de 1/6.

Existen diferentes configuraciones, como es la triangulación de los tirantes, el arco lenticular (dos arcos con curvaturas opuestas en el mismo plano) o resolviendo el dintel con dos vigas longitudinales en doble T.