¿QUÉ ES UN PUENTE? Es una construcción, por lo general artificial, que permite salvar un accidente geográfico o cualquier otro obstáculo físico como un río, un cañón, un valle, un camino, una vía férrea, un cuerpo de agua, o cualquier obstrucción. El diseño de cada puente varía dependiendo de su función y la naturaleza del terreno sobre el que el puente es construido. Su proyecto y su cálculo pertenecen a la ingeniería estructural, siendo numerosos los tipos de diseños que se an aplicado a lo largo de la istoria, influidos por los materiales disponibles, las técnicas desarrolladas y las consideraciones económicas, entre otros factores.
ELEMENTOS DE UN PUENTE: Subestructura o Infraestructura: Es la parte del puente que se encarga de transmitir las solicitaciones al suelo de cimentación, y está constituida por!
Las pilas: pilas: Son los apoyos intermedios de los puentes de dos o más tramos. "eben soportar la carga permanentemente y sobrecargas sin asientos, ser insensibles a la
acción de los agentes naturales #viento, riadas, etc.$. Los estribos: Situados en los e%tremos del puente sostienen los terraplenes que conducen al puente. & veces son reemplazados por pilares incados que permiten el desplazamiento del suelo en su derredor. "eben resistir todo tipo de esfuerzos por lo
que se suelen construir en ormigón armado y tener formas diversas. Los ciientos: 'ambién conocido como apoyos de estribos y pilas encargados de transmitir al terreno todos los esfuerzos. Están formados por las rocas, terreno o pilotes que soportan el peso de estribos y pilas.
Superestructura: Es la parte del puente donde act(a la carga móvil, y está constituido por!
!i"as principales: )eciben esta denominación por ser los elementos que permiten salvar el vano, pudiendo tener una gran variedad de formas como con las vigas rectas,
arcos, pórticos, reticulares, entre otros. Las #i"as secun$arias paralelas a las principales, se denominan longueras. Diafra"as: Son vigas transversales a las anteriores y sirven para su arriostramiento En algunos casos. *asan a ser vigas secundarias cuando van destinadas a transmitir cargas del tablero a las vigas principales. Estas vigas perpendiculares pueden recibir otras denominaciones como ser viguetas o
en otros casos vigas de puente. Tablero: Es la parte estructural que queda a nivel de subrasante y que transmite tanto cargas como sobrecargas a las viguetas y vigas principales.
P%IN&IP'LES TIPOS DE PUENTES:
Se"(n su estructura: )* Puentes fi+os: *uentes de vigas *uentes de arcos *uentes de armaduras *uentes cantiléver *uentes sustentados por cables *uentes de pontones ,* Puentes -#iles: *uentes basculantes *uentes giratorios *uentes de desplazamiento orizontal *uentes de elevación vertical *uente transbordador
Se"(n el aterial: Puentes $e cuer$as Puentes $e a$era Puentes $e aposter.a Puentes et/licos: )* *uentes de fundición ,* *uentes de ierro for+ado. 0* *uentes de acero. Puentes $e 1ori"-n ara$o* Puentes $e 1ori"-n preesfor2a$o* Puentes i3tos*
USO DE LOS PUENTES: n puente es diseñado para trenes, tráfico automovilístico peatonal, tuberías de gas o aguapara su transporte o tráfico marítimo. En algunos casos puede aber restricciones en su uso. *or e+emplo, puede ser un puente en una autopista y estar proibido para peatones y bicicletas, o un puente peatonal, posiblemente también para bicicletas.
PUENTE DE '%M'DU%' DE4INI&I5N: n puente de armadura es una especie de puente basado en diferentes tensiones en madera o metal tirando +untamente cuando se aplica peso en él. El puente no tiene mucos elementos de soporte inferiores, y muco del apoyo proviene de la colocación de diferentes piezas de metal
por encima de él. Este tipo de puente está diseñado para sostenerse cuando se aplica peso mediante la tensión de cada una de sus piezas, causando que pueda sostener la carga.
6ISTO%I': -os puentes de armadura son uno de los tipos más antiguos de grandes puentes en los Estados nidos. -os primeros puentes de armadura se construyeron alrededor de la década de /01. 2stos se icieron de madera en mucos casos y se utilizaron para transportar carros pesados. 3uando el ferrocarril se izo popular en la década de //1 y /41, este tipo de puente empezó a ser construido de ierro y otros metales fuertes. Esto permitió a los trenes ir a mucos lugares que de lo contrario no abrían podido ir. 5ucos puentes famosos, tal como el puente sobre el )ío 67an y el 8arden 9ridge en Sangai, son puentes de armadura.
IDENTI4I&'&I5N: 'odos los puentes de armadura están construidos sobre el mismo principio básico. n puente plano se coloca sobre la abertura y soportes en disposición orizontal y diagonal se agregan a cada lado del puente para que tenga apoyo. -uego se construye una estructura sobre el puente en el mismo patrón orizontal y diagonal para apoyar el puente desde arriba. "e esta manera cuando se aplica peso, todas las piezas del puente se sostienen +untamente, lo cual causa que éste pueda soportar casi cualquier peso.
4UN&I5N: El propósito de este tipo de puente es abilitar la construcción de éstos en lugares que tengan terreno inestable. 3uando los soportes de suelo son incapaces de ser construidos, el puente tiene que ser apoyado de alguna otra manera. &quí es donde entra en +uego este tipo de puente. n puente de armadura también es capaz de soportar grandes cantidades de peso que un puente tradicional.
T'M'7O: -os puentes de armadura pueden ser casi de cualquier tamaño. :ay algunos que son de unos pocos pies de largo, cubriendo una pequeña abertura en el suelo, o ayudando a superar un parce inestable del suelo. Sin embargo, ay algunos puentes de armadura que son bastante largos. :ay un puente de armadura en ;apón que se utiliza como un paso elevado y que tiene
casi una milla #,< =ilómetros$ de largo. Entre más largo es el puente, mayor será su necesidad de apoyo.
SI8NI4I&'DO: -os puentes de armadura an contribuido demasiado a la forma en que el mundo funciona en la actualidad. -os ferrocarriles todavía usan puentes de armadura para que los trenes pasen por encima. Sin la invención de este tipo de puente es improbable que el tren se ubiera eco tan popular. Esto significaría que el transporte sería más lento y las mercancías se quedarían muco más localizadas. Este tipo de puentes también se utilizan para el tráfico de automóviles. 5ientras que mucos otros tipos de puentes se utilizan para el paso de automóviles, este puente es todavía una opción popular debido a su fuerza y capacidad para colocarse casi en cualquier lugar.
TIPOS DE PUENTES DE '%M'DU%' PUENTES DE '%M'DU%' %98ID' 3ombinan las plancas 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 ormigón armado o pretensado o de armaduras de acero rodeadas de
ormigón. "e origen muy reciente, resultan sumamente (tiles 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 '%M'DU%' SEN&ILL' -as armaduras de los puentes modernos adoptan muy variadas formas. -as armaduras *ratt y ?arren, de paso superior o inferior, son las más utilizadas en puentes de acero de tramos cortos. -a :o7e 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. *ara los puentes de tramos largos se emplea la armadura *ar=er, de cordón superior curvo, también llamada armadura *ratt, y para los de vanos largos y viga de celosía sencilla se utilizan estructuras con entrepaños subdivididos, como la armadura ?arren>la *etit con cordones paralelos, también denominada de 9altimore, la *etit con cordón superior inclinado, que también se llama de *ensilvania, y. la viga de celosía en 6 . En la *etit y la ?arren subdividida, los órganos verticales cortos que aparecen en las figuras respectivas se suelen prolongar asta el cordón superior para servirle de soporte. -as armaduras para vanos largos están subdivididas en forma que la longitud de los largueros no sea e%cesiva> a medida que aumenta la ancura del vano, debe acerlo la altura de la armadura tanto para evitar las fle%iones e%cesivas como por razones de economía. -a ?arren subdividida, *etit y 6 pueden ser de tablero inferior superior y de diverso n(mero de entrepaños en la armadura seg(n las necesidades de cada caso. -os miembros metálicos de los puentes con viga de celosía se construyen de muy diversas formas. -os de madera adoptan secciones rectangulares.
'%M'DU%'S PL'N'S Es una estructura reticulada simple formada por elementos rectos de sección constante, cuya longitud supera varias veces su sección transversal, se conocen como barras y se conectan rígidamente en sus e%tremos denominados nodos o nudos, los esfuerzos act(an a lo largo de su e+e longitudinal. -as &rmaduras planas o cercas se utilizan para soportar cargas elevadas y cubrir grandes luces, pueden construirse en maderas o acero y usadas en cubiertas de tecos, puentes, gr(as, torres, etc.
-as armaduras planas de nudos articulados de acuerdo con la forma de crear la configuración de una armadura pueden dividirse desde el punto de vista estructural en!
'ra$uras siples: o estáticamente determinadas, constituye la armadura bidimensional o plana más sencilla, y ante la carga aplicad la (nica deformación posible es la que se origine por pequeños cambios de longitud de sus barras. na armadura simple puede formarse partiendo de tres barras unidas por nodos en sus e%tremos formando un triángulo y luego e%tendiendo dos nuevas barras por cada nuevo nodo o unión.
'ra$uras copuestas: Si dos o más armaduras simples se unen para formar un cuerpo rígido, la armadura así formada se denomina armadura compuesta, de tal manera que cada par comparta una sus articulaciones y se añada alguna barra adicional entre cada par de modo que cualquier movimiento de una respecto de la otra esté impedido. &dmiten una reducción al caso anterior.
'ra$uras cople+as: que engloba a cualquier celosía plana que no sea de los tipos anteriores. Son estructuras iperestáticas para las que se puede usar el método de :eneberg o el método matricial de la rigidez. Si una armadura plana es de nudos rígidos, entonces es iperestática con independencia del n(mero de nudos y barras. En esos casos usualmente se calculan de modo apro%imado suponiendo que sus nudos son articulados #si la son similares a una celosía simple o compuesta$, o de modo razonablemente más e%acto por el método matricial de la rigidez. "e acuerdo con el uso y disposición de las cargas conviene una u otra tipología o disposición de montantes verticales y diagonales.
'%M'DU%'S PL'N'S EST;TI&'MENTE DETE%MIN'D'S na armadura se llama estáticamente determinada o totalmente isostática si se aplican sucesivamente las ecuaciones de equilibrio mecánico, primero al con+unto de la estructura, para determinar sus reacciones, y luego a las partes internas, para determinar los esfuerzos sobre cada uno de los elementos que la integran. Estas dos condiciones se llaman!
Isostatici$a$ e3terna< cuando es posible calcular las reacciones usando e%clusivamente las ecuaciones de la estática. *ara que eso suceda el n(mero de grados de libertad eliminados por los ancla+es varios de la celosía debe ser a lo sumo de tres, puesto que sólo e%isten tres ecuaciones independientes de la estática aplicables al con+unto de la estructura.
Isostatici$a$ interna< cuando es posible determinar los esfuerzos internos de cada una de las barras que forman la estructura, como veremos para que se dé esta condición se requiere una cierta relación entre el n(mero de barras y nudos. na armadura plana, sólo puede ser isostática si está formada por nudos articulados y las barras sólo transmiten esfuerzos a otras barras en la dirección de su e+e. Eso implica que en una armadura plana iperestáticamente determinada el momento flector es nula en todas las barras de la misma, estando solicitada cada barra sólo a%ialmente. 3omo una estructura de barras articuladas sólo puede comportarse rígidamente si cada región mínima encerrada por las barras es triangular, las armaduras planas estáticamente determinadas están formadas por barras que forman regiones triangulares adyacentes unas a otras. &demás la condición de estar estáticamente determinada conlleva, como vamos a ver, una relación entre el n(mero de barras y nudos. -lamemos b al n(mero de barras y n al n(mero de nudos. -as condiciones de isostaticidad interna y e%terna requieren que el n(mero de ecuaciones estáticas linealmente independientes iguale al n(mero de incógnitas!
)* Empecemos contando el n(mero de incógnitas! si la estructura es e%ternamente isostática las reacciones totales dependerán de tres valores incógnita, por otro lado la condición de isostaticidad interna requerirá que determinemos el valor del esfuerzo a%ial de cada barra. Esto nos da b@A incógnitas.
,* En cuanto al n(mero de ecuaciones de la estática, al no e%istir momentos flectores y e+ercer cada barra sólo esfuerzo seg(n su e+e, se puede ver que en cada uno de los n nudos de la estructura las fuerzas verticales y orizontales deben anularse, eso nos da dos ecuaciones por nudo. En total podemos plantear el equilibrio de cada nudo independientemente por lo que el n(mero de ecuaciones totales es de 0n. -a condición de isostaticidad de la armadura requerirá por tanto b @ A B 0n.
'%M'DU%'S DE NUDOS %98IDOS na armadura de nudos rígidos es un tipo de estructura iperestática que geométricamente puede ser similar a una armadura estáticamente determinada pero estructuralmente tiene barras traba+ando en fle%ión. n nudo se llama rígido si una vez deformada la estructura el ángulo formado inicialmente por todas las barras se mantiene a pesar de que globalmente todo el nudo a podido aber girado un ángulo finito.
*uede probarse que dos armaduras de idéntica geometría, siendo los nudos de una rígidos y los de los otros articulados, cumplen que!
)* -a armadura de nudos articulados tiene esfuerzos a%iales mayores que la de nudos rígidos. ,* -a armadura de nudos articulados es más deformable. 0* -a armadura de nudos rígidos presenta mayores problemas en el dimensionado de las uniones entre barras.
'%M'DU%'S T%IDIMENSION'LES -as estructuras tridimensionales como estas se denomina Carmaduras espacialesD si tienen +untas que no e+ercen pares sobre las barras #es decir, son articuladas en las tres direcciones, comportándose como soportes de bola y cuenca$ y si están cargadas y soportadas solo en sus +untas o nudos. -as armaduras tridimensionales isostáticas se forman a partir de tetraedros. tra posibilidad com(n para las celosías tridimensionales es acerlas de base cuadrada y rigidizar de alg(n modo en el plano de las bases.
TIPOS DE '%M'DU%'S EN PUENTES -a mayoría de los tipos de armaduras usadas en la estructuración de cubiertas, puentes, an sido llamadas así por el apellido o nombre de quien las diseñó por primera vez, por e+emplo, la armadura tipo :o7e, fue patentada en /F1 por ?illiam :o7e. & continuación se describen algunos de los tipos de armaduras más usadas en la ingeniería.
'%M'DU%' LON8
Este tipo de armadura debe su nombre a Stepen :. -ong #G/FH/
'%M'DU%' 6O=E -a armadura :o7e, fue patentada en /F1 por ?illiam :o7e, aunque ya abía sido usada con anterioridad. Se usó muco en el diseño de celosías de madera, está compuesta por montantes verticales entre el cordón superior e inferior. -as diagonales se unen en sus e%tremos donde coincide un montante con el cordón superior o inferior. 3on esa disposición las diagonales están sometidas a compresión, mientras que los montantes traba+an a tracción. Este tipo de armadura no constituye un buen diseño si toda la celosía es del mismo material. :istóricamente se usó muco en la construcción de los primeros puentes de ferrocarril. 3on la disposición :o7e se lograba que los elementos verticales que eran metálicos y más cortos estuvieran traccionados, mientras que las diagonales más largas estaban comprimidas, lo cual era económico puesto que los elementos metálicos eran más caros y con la disposición :o7e se minimizaba su longitud.
'%M'DU%' P%'TT
riginalmente fue diseñada por 'omas y 3aleb *ratt en /FF, representa la adaptación de las
armaduras al uso más generalizado de un nuevo material de construcción de la época! el acero. & diferencia de una armadura :o7e, aquí las barras están inclinadas en sentido contrario, de manera que las diagonales están sometidas a tracción mientras que las barras verticales están comprimidas. Eso representa venta+as si toda la armadura es de acero, ya que los elementos traccionados no presentan problemas de pandeo aunque sean largos mientras que los sometidos a compresión si pueden presentar pandeo, lo que obliga a acerlos de mayor espesor. *uesto que el efecto del pandeo es proporcional a la longitud de las barras interesa que los elementos más cortos sean los que sufren la compresión. -a armadura *ratt puede presentar variaciones, normalmente consistentes en barras suplementarias que van desde las diagonales asta el cordón superior, dicas barras son usadas para reducir la longitud efectiva de pandeo.
'%M'DU%' ='%%EN
-a armadura ?arren, fue patentada por los ingleses ;ames ?arren y ?illbougby 5onzoni en /F/. El rasgo característico de este tipo de armaduras es que forman una serie de triángulos isósceles #o equiláteros$, de manera que todas las diagonales tienen la misma longitud. 'ípicamente en una celosía de este tipo y con cargas aplicadas verticales en sus nudos superiores, las diagonales presentan alternativamente compresión y tracción. Esto, que es desfavorable desde el punto de vista resistente, presenta en cambio una venta+a constructiva. Si las cargas son variables sobre la parte superior de la celosía #como por e+emplo en una pasarela$ las armaduras presentan resistencia similar para diversas configuraciones de carga.
'%M'DU%' !IE%ENDEEL
-a armadura Jierendeel, en onor al ingeniero belga &. Jierendeel, tiene como características principales las uniones obligatoriamente rígidas y la ausencia de diagonales inclinadas. "e esta manera, en una armadura Jierendeel, no aparecen formas triangulares como en la mayoría de armaduras, sino una serie de marcos rectangulares. Se trata por tanto de una armadura empleada en edificación por el aprovecamiento de sus aperturas.
OT%OS TIPOS DE '%M'DU%'S
'ipos de armaduras para puentes -as formas típicas de armaduras para puentes con claros simples serían las armaduras de *ratt, :o7e y ?arren se usan normalmente para claros de II m y de < de longitud. *ara claros más grandes se usa una armadura con cuerda superior poligonal, como la armadura *ar=er que permite algo de aorro en material. 'ambién están las armaduras subdivididas estas se usan cuando los claros mayores de 4 m y cuando se quiere aorrar algo de material la armadura 6 cumple los mismos propósitos.
MÉTODOS DE 'N;LISIS
E>ISTEN DOS TIPOS DE 'N;LISIS: MÉTODO DE NODOS Este método consiste en analizar el equilibrio de cada +unta o nodo una vez que se ayan determinado las reacciones. -as fuerzas sobre los pasadores en las +untas están siempre en la dirección de los elementos que acen parte de estos> si el elemento comprime o empu+a al pasador, este e+ercerá una fuerza igual y de sentido contrario sobre aquél, el cual estará sometido a compresión. Si el elemento tira o ala al pasador, por reacción este alará al elemento y en consecuencia estará sometido a tracción. -as ecuaciones disponibles al analizar el equilibrio de cada +unta, para armaduras planas son dos ya que se trata de equilibrio de fuerzas concurrentes, por consiguiente el n(mero má%imo de elementos que puede tener la armadura para que sea estáticamente determinado por la formula 0nHA siendo n el n(mero de +untas. El A representa el n(mero má%imo de incógnitas en las reacciones.
MÉTODO DE SE&&IONES Este método se basa en el eco de que si una armadura, tomada como un con+unto, está en equilibrio, cualquier parte de ella también lo estará. Entonces, si se toma una porción de la estructura mediante un corte, de tal manera que no tenga mas de tres incógnitas, es posible, mediante las tres ecuaciones independientes disponibles en el caso de fuerzas coplanares, determinar
las
fuerzas
en
los
miembros
involucrados en el corte para obtener la solución respectiva. Si por e+emplo se quiere determinar las fuerzas en los elementos KK, "K y "8, una vez determinadas las reacciones se procede a acer un corte. Si tomamos la porción dereca #se puede tomar también la otra sección$ y en los miembros cortados se indican las fuerzas e+ercidas sobre ellos #el sentido es arbitrario$ se puede tomar entonces dica sección como un cuerpo rígido. 'omando se deduce que K"KB1, tomando momentos con respecto a : y teniendo en cuenta el anterior resultado, se concluye que KEKB* y que el elemento esta a compresión. *or (ltimo aciendo se concluye que K"8B* y el miembro "8 esta sometido a tracción. -os mismos resultados se obtienen si se considera la parte izquierda de la armadura. El método de las secciones es particularmente (til cuando, por alguna razón, se requiere determinar las fuerzas en algunos elementos en particular
PUENTES &ON &E%&6'S -os puentes con cercas tienen la característica de ser muy ligeros y con una gran capacidad de soportar cargas. Se utilizan principalmente en puentes que deben superar grandes
distancias, aunque para este tipo de estructuras los puentes atirantados, colgantes #cables$ y los puentes en vigas suelen ser más comunes. E%isten diferentes tipos de cerca, las cuales se construyen uniendo barras rectas entre sí. El principio fundamental de las cercas es unir elementos rectos para formar triángulos. )ecuerda que el triángulo es la (nica figura geométrica que es rígida, es decir, no se deforma cuando está sometida a esfuerzos. -as cercas o armaduras son uno de los elementos estructurales que forman parte del con+unto de las estructuras de forma activa. *ara distinguir las propiedades de la cerca primero se establece la definición donde se indica las venta+as, comportamiento, relación con el cable y arco, materiales empleados para la construcción, elementos necesarios y los principales usos dados a esta unidad estructural.
USOS -as cercas se emplean cuando se tiene luces libres grandes como puentes, sitios p(blicos y estadios. -as cercas paralelas se usan en recintos amplios #véase Kigura I$, de cordones superiores curvos se comportan similar a una estructura colgante o un arco y se emplean en algunos puentes #véase Kigura <$, en tecos y entrepiso se emplean cercas livianas tal como se indica en la Kigura G, donde se observa un tipo de cerca empleado para teco y entrepiso que corresponde a variaciones realizadas sobre la ?arren #véase Kigura A y G$. El rango de luces de la cerca es de I a A1 m para cercas de madera y I a I1 m para cercas de acero #9eer y ;onston, 4GG> Engel, 011> Lieto, 011< y Salvadori y :eller, 44/$.
PUENTE 'ILE@
n puente 9ailey es un puente portátil prefabricado diseñado para uso militar. Se utiliza para salvar luces de asta <1 metros mediante el ensamblado de elementos de unos A metros de
longitud, fácilmente transportables en camión. Su ensamblado no requiere de erramientas especiales o de equipo pesado, dura apenas unas oras y puede realizarse incluso ba+o fuego enemigo. Este puente fue diseñado como una solución al mayor peso de los nuevos tanques que se estaban desarrollando en las primeras fases de la guerra. Esta invención es considerada uno de los me+ores e+emplos de ingeniería militar durante la Segunda 8uerra 5undial. El *uente 9ailey fue presentado a sus superiores por "onald 9ailey, quien traba+aba en la ficina de 8uerra del e+ército británico durante la Segunda 8uerra 5undial. -a producción dio comienzo en +ulio de 4F, entrando en servicio a partir de diciembre de ese mismo año. En total, fueron fabricadas durante la guerra cerca de F41.111 toneladas de puentes 9ailey, sumando un total de A01 =ilómetros de longitud de puentes fi+os y unos
&ON&LUSIONES
n proyecto de construcción de puentes en general, es muy comple+o ya que es acer m(ltiples estudios donde se utiliza m(ltiples ciencias como la estática.
-a estática es fundamental ya que gracias a ella podemos determinar los esfuerzos a los que es sometido la estructura y por lo tanto acer un buen apoyo capaz de soportar estas fuerzas.
:ay m(ltiples fuerzas a las cuales está sometido el puente por lo que debemos tener en cuenta como estas act(an y como pueden afectar, ya sea deformándolas, como fuerza cortante, etc.
