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Puentes


 



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¿Qué es un puente?

Estructura construida con el fin de permitir a una vía de comunicación cruzar un cauce (río, barranco, etcétera) o bien atravesar otra vía de comunicación, sin que existan problemas de mezcla de los tráficos de ambas. En su construcción, se deben cuidar muchos e importantes aspectos, tales como: estabilidad, resistencia al desplazamiento y a la rotura, etcétera.
Generalidades
En realidad, la definición anterior no es del todo completa, pues sólo se considerará como puente si la separación entre apoyos supera los 10 m; si ésta estuviera comprendida entre los 3 y 10 m, se trataría de un “pontón”, y de una “tajea” si fuera menor de 3 m. El nombre de viaducto suele asignarse a un puente cuando sus dimensiones son desproporcionadas con respecto al cauce que salva; éstas vienen dadas por la necesidad de evitar pendientes grandes en la vía de comunicación; así, si el obstáculo es un río, el viaducto atraviesa el valle por cuyo fondo discurre aquél. Un puente siempre recibe el nombre de la vía de comunicación que pasa sobre el mismo; por ejemplo, un puente por el que una carretera cruza sobre un ferrocarril, se denominará “puente de carretera”; cuando sobre el puente pasa un canal, recibe el nombre de acueducto.


Antecedentes históricos

El puente es una de las construcciones de orígenes más remotos en la Historia. Hoy en día existen en la selva amazónica puentes colgantes fabricados con un entramado de lianas y hierbas que posiblemente sean semejantes a los que se construirían en la prehistoria. De éstos se pasaría a los de madera apoyados sobre troncos. Alrededor del año 70 a.C. se construyeron en China los primeros puentes colgantes (puentes de cuerda dotados de tablas que facilitan el paso), que fueron sustituidos por puentes colgantes de hierro hacia el 250 de nuestra era. La civilización romana construyó numerosos puentes con finalidades muy diversas; destacan los de piedra, y entre los muchos construidos sobresale el que cruza el río Tíber en Roma, en el que se utilizó un entramado de hierro con el cual se confería estabilidad al arco construido sobre andamios huecos. En España, los romanos legaron el puente de Alcántara, sobre el río Tajo (puente de carretera) y el acueducto de Segovia. El puente de Alcántara, construido por el arquitecto romano Cayo Julio Lácer en las cercanías de la frontera actual entre España y Portugal, presenta seis arcos y una longitud de 194 m, y alcanza una altura de 40 m por encima del nivel medio del río.
Posteriores a esta época, existen en España puentes de piedra románicos, mudéjares, góticos y renacentistas. En 1741, se tendió el primer puente europeo colgante de cadenas sobre el río Tees, al noreste de Inglaterra. Presenta 24,5 m de longitud y una anchura de 0,7 m, pues estaba destinado únicamente al paso de peatones. Para los técnicos de la época era más fácil calcular la estática de un puente colgante que la de un puente de arco, que los ingenieros de entonces no se atrevían a realizar aún. En 1780, se construyó en Inglaterra el primer puente metálico, de arco y realizado en fundición, dotado de cinco costillas de hierro fundido, que configuran un único arco redondo de 30 m de anchura. Desde esta fecha, los “puentes metálicos” se multiplicaron; se pasó de la fundición al hierro laminado, y más tarde al acero. En 1803 se construyó en París el primer puente de hierro francés. Se calculó, con la mayor de las precisiones posibles, el juego de fuerzas en este tipo de construcciones abovedadas, y se determinaron, a su vez, los valores
correspondientes a los materiales mediante ensayos de tracción, cizalladura y rotura. En 1804 el ingeniero británico Walter concibió por primera vez un puente metálico giratorio.
Los puentes metálicos pueden ser de celosía y alma llena. Los primeros están formados por un entramado de piezas rectas (triangulación), unidos por sus extremos por roblones o soldaduras, donde cada pieza es un perfil laminado o combinación de ellos. Los de alma llena constan de una gran viga de sección parecida a la I, lograda por combinación de chapas planas, o de perfiles laminados y chapas planas.


Puente ferroviario en la campiña noruega

En 1809 finalizó en Massachusetts la construcción del primer puente colgante destinado al paso de la circulación, con una longitud de 68 m. En 1816 el ingeniero Lee construyó en Gran Bretaña el primer puente suspendido de cables metálicos. En 1826, después de siete años de trabajos, finalizó la construcción de un puente colgante de 176 m de longitud, tendido sobre el estrecho Menai Strait, al noroeste de Gales. Éste está soportado por cadenas formadas por un total de casi 18.000 eslabones. Para su construcción se ha requerido el empleo de más de 2.000 toneladas de hierro.
A partir de 1850, la construcción de puentes conoció la aplicación de dos nuevos principios constructivos, el de los arcos de puente empotrados y el de las vigas cuadrangulares o en cajón. Además, se construyeron por primera vez cimientos de puentes mediante el empleo de un procedimiento de inyección a presión. Un puente de vigas sobre pilares fue construido en la primera línea de ferrocarril tendida en España, línea Madrid-Aranjuez. Durante esta década apareció, sobre todo en Alemania y Estados Unidos, una nueva serie de sistemas de soporte que, por lo general, recibieron el nombre de sus inventores y que dieron lugar a formas de puente muy características. En 1855, se construyó el primer puente de cable de acero, que serviría para atravesar el río Niágara. Años más tarde, en 1874, J. B. Eads construyó el puente de St. Louis, primer puente importante que siguió el método de construcción libre en voladizo. En la década de los años 80 del siglo XIX, se construyeron ejemplos superlativos de puentes en Gran Bretaña y los Estados Unidos.
A principios del siglo XX, comenzó a utilizarse el hormigón en la construcción de puentes, como material de relleno primero y luego formando la estructura, sobre todo en puentes de arco. Hoy en día, se aplican a gran escala las técnicas prefabricación y postensado. A su vez, a principios de este siglo, se construyeron los primeros puentes móviles, del tipo giratorio, que se utilizaron para el paso de trenes. Los primeros modelos que se montaron en Alemania se continuaron en el año 1907 con la construcción del puente giratorio más grande de Europa, levantado en los Países Bajos. Se trata de un puente situado en la línea férrea que discurre entre Amsterdam y Zaandam y que cruza el canal del mar del Norte. Los puentes basculantes se instalaron por primera vez en 1907, un ejemplo es el construido en el canal costero de Friesoythe, en Alemania. Por otra parte, los puentes levadizos se aplicaron mucho más tarde para salvar los obstáculos fluviales y marinos en las vías férreas, mientras que los puentes corredizos nunca han tenido importancia en este campo. El mayor puente giratorio del mundo se construyó en 1965 para salvar el canal de Suez a la altura de al-Ferdan; su sección central mide 167 m.
Puente levadizo de Sevilla sobre el Guadalquivir (España)
En 1914, finalizó la construcción del viaducto de Langiwes en Suiza, se trata del mayor puente de arco de cemento armado del mundo. Diez años más tarde, en Lindaunis, sobre el río Schlei, se erigió el mayor puente basculante construido hasta el momento (en los años 1950 y 1954 se construyeron nuevos puentes de este tipo).
Hasta 1930, los empalmes entre piezas siempre eran roblonados, pero al aparecer la soldadura, se impuso este método de unión. También a finales del siglo XIX se perfeccionó la técnica de fabricación de cables metálicos y comenzó la construcción de grandes puentes colgantes.
En los primeros años de la década de los treinta del siglo XX, se establecieron nuevos récords en la construcción de puentes; así, en Sidney, se inauguró el puente voladizo más grande construido con piezas prefabricadas, con una luz de 503 m, mientras que en Estados Unidos finalizó la construcción, sobre el río Hudson, de un puente colgante de más de 1.000 m de longitud. En 1937 se dio por finalizada la construcción del Golden Gate, en San Francisco, puente colgante realizado con hormigón armado, el cual está soportado por dos gigantes torres de acero de 227 m de altura. La longitud total de esta construcción es de 2.824 m, con una luz en su parte central de 1.280 m.
Muchos años más tarde, en 1962, finalizó la construcción del puente más largo realizado con hormigón pretensado, con sus 8.679 m de longitud, cruza el lago Maracaibo, en Venezuela.
Como ejemplo de la construcción de grandes puentes construidos con vigas cuadrangulares o en cajón, se puede citar el inaugurado en 1963 en el norte de Alemania, que une tierra firme con la isla de Fehmarnsund, con una longitud de 963 m.
Todos los avances técnicos tienen una consecuencia común: el que la estructura sea cada vez más ligera, aérea y desprovista de elementos ajenos a la misión puramente resistente del puente.


Tipos de puentes

La elección de uno u otro material y método de construcción no suele hacerse por simple cálculo económico comparativo de las diversas soluciones posibles, sino que se tienen en cuenta otros factores, como espesores y luces deseados, cargas de uso y resistencia del terreno donde se llevará a cabo la cimentación. Los puentes se construyen para soportar las cargas acostumbradas, y tienen gran importancia las acciones ecológicas o del medio, entre las cuales se cuentan: el efecto de la temperatura, acción del viento y, aunque se consideran con menos frecuencia, el efecto de la humedad, el de choque de vehículos y el de asientos del terreno.
Según la forma de resistir la estructura, un puente puede ser: de arco, de tramo recto y colgante.


Puentes de arco

Responden al concepto más generalizado de puente y en ellos se incluyen todos los de piedra. Considerado como estructura, el arco se caracteriza porque en él sólo existen esfuerzos de compresión; cada “dovela” (rebanada o sección de arco) recibe de la anterior y transmite a la siguiente esfuerzos normales a la superficie de separación y así, al llegar a los apoyos, sólo existe un esfuerzo vertical de compresión. Como la piedra sólo puede soportar compresiones, hasta que no se aplican otros materiales, los puente son siempre de arco. El puente de arco ha de llevar una plataforma para el paso de vehículos, es el denominado “tablero”. Según su posición relativa al arco, el puente de arco podrá ser de tablero superior, intermedio e inferior. El arco suele ser circular, pero en algunas pasarelas de peatones se ha aplicado el arco parabólico, con la ventaja de que el tablero se adapta a la forma parabólica en lugar de ser recto, lo que logra un aspecto estético.
Los materiales más utilizados en la actualidad son: el hormigón armado y la celosía de acero. En arcos de hormigón se ha alcanzado una luz de 300 m; el mayor que existe en España, y que fue récord mundial durante algunos años, es el viaducto del Esla, en el ferrocarril de Zamora a Orense; es de tablero superior y tiene una longitud de 210 m. En arcos de celosía metálica se han alcanzado luces de hasta 500 m.
Del puente de arco derivan otros dos tipos. El primero es el de “arcos múltiples”, generalmente de hormigón, solución que suele aplicarse a viaductos; a este tipo pertenece el del Esla, citado anteriormente. El segundo es el puente de arco ”atirantado” o puente de “bóveda”, que sólo cumple en parte el principio resistente de los arcos. En efecto, el arco no está completo, por lo que el esfuerzo en los apoyos no es vertical, sino que tiene una componente horizontal; estas componentes se contrarrestan con un tirante de un material que puede resistir esfuerzos de tracción, como el hormigón armado y el acero. Dicho tirante se suele colocar a la altura del tablero. Son frecuentes los puentes de este tipo en los que el arco es de celosía metálica y el tirante una viga metálica de alma llena; también se utiliza en ocasiones el
hormigón pretensado. En la construcción se suele acudir al uso de “cimbras”, que son andamiajes que reproducen la forma del puente.


Puentes de tramo recto

Las soluciones posibles son diferentes según tenga el puente uno o varios tramos. Con un solo tramo, la solución más elemental es la de un tablero apoyado sobre dos elementos verticales, con el inconveniente de que el tablero trabaja a flexión al paso de cargas; por eso se pueden inclinar los apoyos hacia el centro del puente, disminuyendo la luz y consecuentemente el valor de la flexión. De esta solución se pasa a hacer solidarios los elementos vertical y horizontal, formando un pórtico, con el inconveniente de tener que considerar la temperatura en el cálculo. Otro tipo de puente es el de “voladizos compensados”, aporticado o no, y con la variante de apoyos con dos voladizos, solución muy empleada hoy en día. Los puentes de varios tramos se logran generalmente por repetición de elementos como los anteriores, dando lugar a un nuevo tipo de puente: el de pórtico múltiple. Los puentes de tramo recto pueden realizarse en hormigón armado, pretensado y metálicos de celosía o alma llena; estos últimos suelen ser de canto variable, que mejora el aspecto estético y se adapta a la ley de flexiones.
Los métodos constructivos suelen ser muy diversos: por ejemplo, se utiliza el de la viga de celosía autolanzable, que permite, una vez construidos los apoyos, colocar la viga de celosía ya fabricada, haciéndola avanzar convenientemente contrapesada. Este mismo método puede servir, utilizando la viga como cimbra, para construir puentes de cualquier otro material; por ejemplo, en los de hormigón no prefabricados, para sujetar el encofrado y colocar el hormigón “in situ”. Como el puente es una estructura donde hay elementos que se repiten, la prefabricación es aplicada exhaustivamente, por la ganancia de tiempo que se logra, pues, una vez terminados los apoyos, basta colocar las vigas que se tienen fabricadas de antemano, lo que se podrá realizar con grúas que avancen sobre la parte de puente ya construida. Una técnica que cada vez es más utilizada es la de prefabricación de dovelas y colocación de las mismas en los puentes de ménsulas compensadas. Consiste en construir el apoyo y unos cinco metros de viga a cada lado; sobre éstos se montan dos carros que servirán de medio auxiliar para la puesta en obra de las dovelas. Una vez colocada la primera de éstas, se tensa su armadura y queda preparada para que el carro avance sobre ella y se pueda colocar la siguiente; al final, los voladizos contiguos se hacen solidarios o bien se articulan. Éste es un método de “postesado” que no se debe confundir con el pretensado: los principios de ambos métodos son los siguientes: en el pretensado, las armaduras, de acero muy resistente, se someten a tracción, se hormigona y, terminado el fraguado, las armaduras se anclan en sus extremos y se sueltan; queda la pieza sometida a una compresión y, por tanto, apta para resistir tracciones mayores que una pieza armada normal; en el “postensado”, por el contrario, la pieza se hormigona conteniendo unos tubos por los que se introducen las armaduras, una vez terminado el fraguado; se tensan y se anclan los extremos mediante unos tacos; queda la armadura traccionada y la pieza comprimida. La sección de las vigas prefabricadas suele ser en T o tipo cajón.


Puentes colgantes

En este tipo de puentes el tablero cuelga mediante unos tirantes, sometidos a tracción, de cables sustentadores que, a su vez, son soportados por unas altas pilas y cuyos extremos se anclan en macizos de hormigón empotrados en el terreno. El tablero suele ser una viga metálica de celosía metálica, para que tenga la rigidez adecuada. Los cables metálicos adoptan la forma parabólica y son de gran flexibilidad, aunque sus diámetros alcanzan el metro. En el cálculo de estos puentes es esencial considerar el efecto del viento porque se trata de estructuras muy ligeras para las luces que salvan. Son el tipo de puentes indicados para grandes luces, como en desembocaduras de ríos cuya navegabilidad quiera conservarse. La luz máxima alcanzada es de 1.298 m, en el Verrazano Bridge, en Nueva York; sin embargo, el puente colgante más largo del mundo es el Mackinac, también en Estados Unidos. En Europa, el mayor es el de Lisboa, sobre el río Tajo. El principio resistente del puente colgante está pensado para la estructura metálica, pero últimamente se ha aplicado el hormigón pretensado, como por ejemplo en el puente de Maracaibo, en Venezuela.


Puentes especiales

Si se precisa mantener la navegabilidad de un río, pero no es posible, por motivos económicos, la construcción de un puente colgante o de otro tipo que permita el paso de buques bajo ellos, se construye un puente con un tramo basculante, levadizo, rodante o giratorio, que, en el momento necesario, permita que el río pueda ser navegable, aun a expensas de cortar temporalmente la circulación de la otra vía. Dependiendo del tipo de movimiento que lleve a cabo el puente, se pueden distinguir, como ya se ha dicho, diversos modelos. Los puentes giratorios, que giran alrededor de un eje vertical; los puentes basculantes, que se levantan girando alrededor de un eje horizontal; los puentes levadizos, en los cuales una parte de su estructura se eleva a lo largo de guías paralelas en posición vertical; y los puentes
corredizos, que se desplazan hacia delante y hacia atrás, horizontalmente y a lo largo de su eje longitudinal.
Otros puentes que se apartan de los tipos descritos son los que se apoyan en pontones y que, o bien se construyen con fines bélicos, provisionalmente, o bien, si las cargas van a ser poco importantes, por motivos económicos, se acude a la sustitución de las pilas por pontones fondeados, entonces es definitiva su construcción.


Elementos auxiliares


El tablero

El tablero suele ser una losa de hormigón armado, con un emparrillado como armadura; esta solución permite alcanzar anchuras de hasta 10 m. Para aumentar esta dimensión se puede acudir a realizar un pretensado transversal o bien a aligerar la losa; este aligeramiento se consigue utilizando tubos de cartón, uralita o chapa que quedan encerrados en la losa al hormigonar o dando a ésta una sección menos maciza, como la de cajón.


Los apoyos

Reciben el nombre de estribos cuando van adosados a los terrenos de las márgenes, y de pilas, si son exentos. Al progresar las características resistentes de los materiales empleados, son cada vez menos voluminosos. Así, en los puentes de piedra, las pilas son de sección prácticamente cuadrada, mientras que
c on hormigón armado adoptan la forma de tabiques de pequeño espesor y, en ciertos casos, de grupos de pilares o aun uno sólo. Las vigas se apoyan sobre las pilas mediante rodillos, a menos que se trate de un puente formado por pórticos, donde los apoyos suelen ser de acero.


 





 

 

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