¿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

han aplicado a lo largo de la historia, 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: Son los apoyos intermedios de los puentes de dos o más tramos. Deben

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 extremos del puente sostienen los terraplenes que

conducen al puente. A veces son reemplazados por pilares hincados que permiten el

desplazamiento del suelo en su derredor. Deben resistir todo tipo de esfuerzos por lo

que se suelen construir en hormigón armado y tener formas diversas.

Los cimientos: También 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 actúa la carga móvil, y está constituido por:

Vigas principales: Reciben 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 vigas secundarias paralelas a las principales, se denominan longueras.

Diafragmas: Son vigas transversales a las anteriores y sirven para su arriostramiento

En algunos casos. Pasan 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.

PRINCIPALES TIPOS DE PUENTES:

Según su estructura:

1. Puentes fijos: Puentes de vigas

Puentes de arcos

Puentes de armaduras

Puentes cantiléver

Puentes sustentados por cables

Puentes de pontones

2. Puentes móviles: Puentes basculantes

Puentes giratorios

Puentes de desplazamiento horizontal

Puentes de elevación vertical

Puente transbordador

Según el material:

Puentes de cuerdas Puentes de madera Puentes de mampostería Puentes metálicos:

1. Puentes de fundición

2. Puentes de hierro forjado.

3. Puentes de acero.

Puentes de hormigón armado. Puentes de hormigón preesforzado. Puentes mixtos.

USO DE LOS PUENTES:

Un puente es diseñado para trenes, tráfico automovilístico peatonal, tuberías de gas o

aguapara su transporte o tráfico marítimo. En algunos casos puede haber restricciones en su

uso. Por ejemplo, puede ser un puente en una autopista y estar prohibido para peatones y

bicicletas, o un puente peatonal, posiblemente también para bicicletas.

PUENTE DE ARMADURA

DEFINICIÓN:

Un puente de armadura es una especie de puente basado en diferentes tensiones en madera o

metal tirando juntamente cuando se aplica peso en él. El puente no tiene muchos elementos de

soporte inferiores, y mucho 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.

HISTORIA:

Los puentes de armadura son uno de los tipos más antiguos de grandes puentes en los

Estados Unidos. Los primeros puentes de armadura se construyeron alrededor de la década de

1820. Éstos se hicieron de madera en muchos casos y se utilizaron para transportar carros

pesados. Cuando el ferrocarril se hizo popular en la década de 1880 y 1890, este tipo de

puente empezó a ser construido de hierro y otros metales fuertes. Esto permitió a los trenes ir a

muchos lugares que de lo contrario no habrían podido ir. Muchos puentes famosos, tal como el

puente sobre el Río Kwan y el Garden Bridge en Shanghai, son puentes de armadura.

IDENTIFICACIÓN:

Todos los puentes de armadura están construidos sobre el mismo principio básico. Un puente

plano se coloca sobre la abertura y soportes en disposición horizontal y diagonal se agregan a

cada lado del puente para que tenga apoyo. Luego se construye una estructura sobre el puente

en el mismo patrón horizontal y diagonal para apoyar el puente desde arriba. De esta manera

cuando se aplica peso, todas las piezas del puente se sostienen juntamente, lo cual causa que

éste pueda soportar casi cualquier peso.

FUNCIÓN:

El propósito de este tipo de puente es habilitar la construcción de éstos en lugares que tengan

terreno inestable. Cuando los soportes de suelo son incapaces de ser construidos, el puente

tiene que ser apoyado de alguna otra manera. Aquí es donde entra en juego este tipo de

puente. Un puente de armadura también es capaz de soportar grandes cantidades de peso que

un puente tradicional.

TAMAÑO:

Los puentes de armadura pueden ser casi de cualquier tamaño. Hay algunos que son de unos

pocos pies de largo, cubriendo una pequeña abertura en el suelo, o ayudando a superar un

parche inestable del suelo. Sin embargo, hay algunos puentes de armadura que son bastante

largos. Hay un puente de armadura en Japón que se utiliza como un paso elevado y que tiene

casi una milla (1,6 kilómetros) de largo. Entre más largo es el puente, mayor será su necesidad

de apoyo.

SIGNIFICADO:

Los puentes de armadura han contribuido demasiado a la forma en que el mundo funciona en

la actualidad. Los 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 hubiera hecho

tan popular. Esto significaría que el transporte sería más lento y las mercancías se quedarían

mucho más localizadas. Este tipo de puentes también se utilizan para el tráfico de automóviles.

Mientras que muchos 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 ARMADURA

PUENTES DE ARMADURA RÍGIDA

Combinan las planchas y estribos de los puentes de placas con las vigas y estribos de los de

viga; esta combinación forma unidades sencillas sin articulaciones de unión entre las piezas.

Se construyen de hormigón armado o pretensado o de armaduras de acero rodeadas de

hormigón. De origen muy reciente, resultan sumamente útiles para separar en niveles los

cruces de carreteras y ferrocarriles. En estos cruces suele ser conveniente que la diferencia de

niveles sea mínima y los puentes de la clase que nos ocupa son susceptibles de recibir menor

altura en un mismo tramo que los otros tipos.

PUENTES DE ARMADURA SENCILLA

Las armaduras de los puentes modernos adoptan muy variadas formas. Las armaduras Pratt y

Warren, de paso superior o inferior, son las más utilizadas en puentes de acero de tramos

cortos. La Howe sólo se emplea en puentes de madera; sus miembros verticales, construidos

con barras de acero, están en tensión, al igual que el cordón inferior, que es de madera. Para

los puentes de tramos largos se emplea la armadura Parker, de cordón superior curvo, también

llamada armadura Pratt, y para los de vanos largos y viga de celosía sencilla se utilizan

estructuras con entrepaños subdivididos, como la armadura Warren;la Petit con cordones

paralelos, también denominada de Baltimore, la Petit con cordón superior inclinado, que

también se llama de Pensilvania, y. la viga de celosía en K . En la Petit y la Warren subdividida,

los órganos verticales cortos que aparecen en las figuras respectivas se suelen prolongar hasta

el cordón superior para servirle de soporte. Las armaduras para vanos largos están

subdivididas en forma que la longitud de los largueros no sea excesiva; a medida que aumenta

la anchura del vano, debe hacerlo la altura de la armadura tanto para evitar las flexiones

excesivas como por razones de economía. La Warren subdividida, Petit y K pueden ser de

tablero inferior superior y de diverso número de entrepaños en la armadura según las

necesidades de cada caso. Los miembros metálicos de los puentes con viga de celosía se

construyen de muy diversas formas. Los de madera adoptan secciones rectangulares.

ARMADURAS PLANASEs 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 extremos denominados nodos o nudos, los esfuerzos actúan a lo largo de

su eje longitudinal. Las Armaduras planas o cerchas se utilizan para soportar cargas elevadas y

cubrir grandes luces, pueden construirse en maderas o acero y usadas en cubiertas de techos,

puentes, grúas, torres, etc.

Las 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:

•Armaduras simples: o estáticamente determinadas, constituye la armadura bidimensional o

plana más sencilla, y ante la carga aplicad la única deformación posible es la que se origine por

pequeños cambios de longitud de sus barras. Una armadura simple puede formarse partiendo

de tres barras unidas por nodos en sus extremos formando un triángulo y luego extendiendo

dos nuevas barras por cada nuevo nodo o unión.

•Armaduras compuestas: 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. Admiten una reducción al caso

anterior.

•Armaduras complejas: que engloba a cualquier celosía plana que no sea de los tipos

anteriores. Son estructuras hiperestáticas para las que se puede usar el método de Heneberg o

el método matricial de la rigidez. Si una armadura plana es de nudos rígidos, entonces es

hiperestática con independencia del número de nudos y barras. En esos casos usualmente se

calculan de modo aproximado suponiendo que sus nudos son articulados (si la son similares a

una celosía simple o compuesta), o de modo razonablemente más exacto por el método

matricial de la rigidez. De acuerdo con el uso y disposición de las cargas conviene una u otra

tipología o disposición de montantes verticales y diagonales.

ARMADURAS PLANAS ESTÁTICAMENTE DETERMINADAS

Una armadura se llama estáticamente determinada o totalmente isostática si se aplican

sucesivamente las ecuaciones de equilibrio mecánico, primero al conjunto 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:

•Isostaticidad externa, cuando es posible calcular las reacciones usando exclusivamente las

ecuaciones de la estática. Para que eso suceda el número de grados de libertad eliminados por

los anclajes varios de la celosía debe ser a lo sumo de tres, puesto que sólo existen tres

ecuaciones independientes de la estática aplicables al conjunto de la estructura.

•Isostaticidad 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 número de barras y nudos. Una 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 eje. Eso implica que en una armadura plana hiperestáticamente

determinada el momento flector es nula en todas las barras de la misma, estando solicitada

cada barra sólo axialmente. Como 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. Además la condición de estar estáticamente determinada conlleva,

como vamos a ver, una relación entre el número de barras y nudos. Llamemos b al número de

barras y n al número de nudos.

Las condiciones de isostaticidad interna y externa requieren que el número de ecuaciones

estáticas linealmente independientes iguale al número de incógnitas:

1. Empecemos contando el número de incógnitas: si la estructura es externamente isostática

las reacciones totales dependerán de tres valores incógnita, por otro lado la condición de

isostaticidad interna requerirá que determinemos el valor del esfuerzo axial de cada barra. Esto

nos da b+3 incógnitas.

2. En cuanto al número de ecuaciones de la estática, al no existir momentos flectores y ejercer

cada barra sólo esfuerzo según su eje, se puede ver que en cada uno de los n nudos de la

estructura las fuerzas verticales y horizontales deben anularse, eso nos da dos ecuaciones por

nudo. En total podemos plantear el equilibrio de cada nudo independientemente por lo que el

número de ecuaciones totales es de 2n. La condición de isostaticidad de la armadura requerirá

por tanto b + 3 = 2n.

ARMADURAS DE NUDOS RÍGIDOS

Una armadura de nudos rígidos es un tipo de estructura hiperestática que geométricamente

puede ser similar a una armadura estáticamente determinada pero estructuralmente tiene

barras trabajando en flexión.

Un 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 ha podido haber girado

un ángulo finito.

Puede probarse que dos armaduras de idéntica geometría, siendo los nudos de una rígidos y

los de los otros articulados, cumplen que:

1. La armadura de nudos articulados tiene esfuerzos axiales mayores que la de nudos rígidos.

2. La armadura de nudos articulados es más deformable.

3. La armadura de nudos rígidos presenta mayores problemas en el dimensionado de las

uniones

entre barras.

ARMADURAS TRIDIMENSIONALES

Las estructuras tridimensionales como estas se denomina “armaduras espaciales” si tienen

juntas que no ejercen 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

juntas o nudos. Las armaduras tridimensionales isostáticas se forman a partir de tetraedros.

Otra posibilidad común para las celosías tridimensionales es hacerlas de base cuadrada y

rigidizar de algún modo en el plano de las bases.

TIPOS DE ARMADURAS EN PUENTES

La mayoría de los tipos de armaduras usadas en la estructuración de cubiertas, puentes, han

sido llamadas así por el apellido o nombre de quien las diseñó por primera vez, por ejemplo, la

armadura tipo Howe, fue patentada en 1840 por William Howe. A continuación se describen

algunos de los tipos de armaduras más usadas en la ingeniería.

ARMADURA LONG

Este tipo de armadura debe su nombre a Stephen H. Long (1784-1864), y tiene su origen hacia

1835. Los cordones superior e inferior horizontales se unen mediante montantes verticales

todos ellos arriostrados por diagonales dobles, usados para aumentar la rigidez de la estructura

y su capacidad de resistir cargas laterales, tales como los movimientos sísmicos y la presión de

los vientos huracanados.

ARMADURA HOWE

La armadura Howe, fue patentada en 1840 por William Howe, aunque ya había sido usada con

anterioridad. Se usó mucho en el diseño de celosías de madera, está compuesta por

montantes verticales entre el cordón superior e inferior. Las diagonales se unen en sus

extremos donde coincide un montante con el cordón superior o inferior. Con esa disposición las

diagonales están sometidas a compresión, mientras que los montantes trabajan a tracción.

Este tipo de armadura no constituye un buen diseño si toda la celosía es del mismo material.

Históricamente se usó mucho en la construcción de los primeros puentes de ferrocarril. Con la

disposición Howe 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 Howe

se minimizaba su longitud.

ARMADURA PRATT

Originalmente fue diseñada por Thomas y Caleb Pratt en 1844, representa la adaptación de las

armaduras al uso más generalizado de un nuevo material de construcción de la época: el

acero. A diferencia de una armadura Howe, 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 ventajas 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 hacerlos de mayor espesor. Puesto 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. La armadura Pratt puede presentar variaciones,

normalmente consistentes en barras suplementarias que van desde las diagonales hasta el

cordón superior, dichas barras son usadas para reducir la longitud efectiva de pandeo.

ARMADURA WARREN

La armadura Warren, fue patentada por los ingleses James Warren y Willboughby Monzoni en

1848. 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.

Típicamente 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 ventaja constructiva.

Si las cargas son variables sobre la parte superior de la celosía (como por ejemplo en una

pasarela) las armaduras presentan resistencia similar para diversas configuraciones de carga.

ARMADURA VIERENDEEL

La armadura Vierendeel, en honor al ingeniero belga A. Vierendeel, tiene como características

principales las uniones obligatoriamente rígidas y la ausencia de diagonales inclinadas. De esta

manera, en una armadura Vierendeel, 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 aprovechamiento de sus aperturas.

OTROS TIPOS DE ARMADURAS

Tipos de armaduras para puentes Las formas típicas de armaduras para puentes con claros

simples serían las armaduras de Pratt, Howe y Warren se usan normalmente para claros de 55

m y de 61 de longitud. Para claros más grandes se usa una armadura con cuerda superior

poligonal, como la armadura Parker que permite algo de ahorro en material. También están las

armaduras subdivididas estas se usan cuando los claros mayores de 91 m y cuando se quiere

ahorrar algo de material la armadura K cumple los mismos propósitos.

MÉTODOS DE ANÁLISIS EXISTEN DOS TIPOS DE ANÁLISIS:

MÉTODO DE NODOSEste método consiste en analizar el equilibrio de cada junta o nodo una vez que se hayan

determinado las reacciones. Las fuerzas sobre los pasadores en las juntas están siempre en la

dirección de los elementos que hacen parte de estos; si el elemento comprime o empuja al

pasador, este ejercerá una fuerza igual y de sentido contrario sobre aquél, el cual estará

sometido a compresión. Si el elemento tira o hala al pasador, por reacción este halará al

elemento y en consecuencia estará sometido a

tracción. Las ecuaciones disponibles al analizar

el equilibrio de cada junta, para armaduras

planas son dos ya que se trata de equilibrio de

fuerzas concurrentes, por consiguiente el

número máximo de elementos que puede tener

la armadura para que sea estáticamente

determinado por la formula 2n-3 siendo n el

número de juntas. El 3 representa el número máximo de incógnitas en las reacciones.

MÉTODO DE SECCIONESEste método se basa en el hecho de que si una armadura, tomada como un conjunto, 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 ejemplo se quiere determinar las fuerzas en los elementos FF, DF y DG, una

vez determinadas las reacciones se procede a hacer un corte. Si tomamos la porción derecha

(se puede tomar también la otra sección) y en los miembros cortados se indican las fuerzas

ejercidas sobre ellos (el sentido es arbitrario) se puede tomar entonces dicha sección como un

cuerpo rígido. Tomando se deduce que FDF=0, tomando momentos con respecto a H y

teniendo en cuenta el anterior resultado, se concluye que FEF=P y que el elemento esta a

compresión. Por último haciendo se concluye que FDG=P y el miembro DG esta sometido a

tracción. Los mismos resultados se obtienen si se considera la parte izquierda de la armadura.

El método de las secciones es particularmente útil cuando, por alguna razón, se requiere

determinar las fuerzas en algunos elementos en particular

PUENTES CON CERCHAS Los puentes con cerchas 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.

Existen diferentes tipos de cercha, las cuales se construyen uniendo barras rectas entre sí. El

principio fundamental de las cerchas es unir elementos rectos para formar triángulos. Recuerda

que el triángulo es la única figura geométrica que es rígida, es decir, no se deforma cuando

está sometida a esfuerzos.

Las cerchas o armaduras son uno de los elementos estructurales que forman parte del conjunto

de las estructuras de forma activa. Para distinguir las propiedades de la cercha primero se

establece la definición donde se indica las ventajas, comportamiento, relación con el  cable y

arco, materiales empleados para la construcción, elementos necesarios y los principales usos

dados a esta unidad estructural.

USOS

Las cerchas se emplean cuando se tiene luces libres grandes como puentes, sitios públicos y

estadios. Las cerchas paralelas se usan en recintos amplios (véase Figura 5), de cordones

superiores curvos se comportan similar a una estructura colgante o un arco y se emplean en

algunos puentes (véase Figura 6), en techos y entrepiso se emplean cerchas livianas tal como

se indica en la Figura 7, donde se observa un tipo de cercha empleado para techo y entrepiso

que corresponde a variaciones realizadas sobre la Warren (véase Figura 3 y 7). El rango de

luces de la cercha es de 15 a 30 m para cerchas de madera y 15 a 50 m para cerchas de acero

(Beer y Johnston, 1977; Engel, 2001; Nieto, 2006 y Salvadori y Heller, 1998).

PUENTE BAILEY

Un puente Bailey es un puente portátil prefabricado diseñado para uso militar. Se utiliza para

salvar luces de hasta 60 metros mediante el ensamblado de elementos de unos 3 metros de

longitud, fácilmente transportables en camión. Su ensamblado no requiere de herramientas

especiales o de equipo pesado, dura apenas unas horas y puede realizarse incluso bajo 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 mejores ejemplos de ingeniería militar durante la Segunda Guerra

Mundial.

El Puente Bailey fue presentado a sus superiores por Donald Bailey, quien trabajaba en la

Oficina de Guerra del ejército británico durante la Segunda Guerra Mundial. La producción dio

comienzo en julio de 1941, entrando en servicio a partir de diciembre de ese mismo año. En

total, fueron fabricadas durante la guerra cerca de 490.000 toneladas de puentes Bailey,

sumando un total de 320 kilómetros de longitud de puentes fijos y unos 64 km de puentes

flotantes. Sus características permitieron que fuera usado en todos los teatros de operaciones,

aunque destaca su empleo en la invasión aliada de Italia y para la campaña del noreste

europeo que se produjo tras el desembarco de Normandía, gracias principalmente a que

Estados Unidos adquirió una licencia para su producción.

CONCLUSIONES

Un proyecto de construcción de puentes en general, es muy complejo ya que es hacer

múltiples estudios donde se utiliza múltiples ciencias como la estática.

La estática es fundamental ya que gracias a ella podemos determinar los esfuerzos a

los que es sometido la estructura y por lo tanto hacer un buen apoyo capaz de soportar

estas fuerzas.

Hay múltiples fuerzas a las cuales está sometido el puente por lo que debemos tener

en cuenta como estas actúan y como pueden afectar, ya sea deformándolas, como

fuerza cortante, etc.