puentes cantiléver
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Puentes cantiléver
Tienen especial aplicación en tramos muy largos. Reciben su nombre de
los brazos voladizos (cantiléver) que se proyectan desde las pilas. Los brazos voladizos también pueden proyectarse hacia las orillas para
sustentar los extremos de dos tramos suspendidos. Es posible realizar
combinaciones variadas como las que incorpora el puente del Forth, ya que pueden utilizarse todos los sistemas
de armaduras a excepción de la Howe. El principio del puente
cantiléver puede aplicarse fácilmente a los puentes de armadura de acero y tablero superior. Existen viaductos de hormigón armado o de vigas armadas
metálicas en cantiléver; puentes de armadura de hierro que combinan el principio cantiléver con el arco para
formar el sistema conocido con el nombre de puente de arco cantiléver. El arco puede estar articulado en las
pilas; en tal caso se asemeja a un puente de doble articulación, que
puede convertirse en triple añadiendo otra articulación a la clave.
El puente de Firth of Forth construido por John Fowler y Benjamín Baker
entre los años 1881 y 1890 sobre el estuario del Forth cerca de
Edimburgo inicia la estirpe de puentes complejos con más de un vano
principal.Sus dimensiones dan idea del
esfuerzo titánico que fue necesario desplegar para llevarlo a cabo.
Longitud (L.) total.....................2528,62 m
En 1866 el ingeniero alemán Henrich Gerber patentó un sistema que llamó
viga Gerber, y que en los países anglosajones se conoció después como
viga cantiléver.Esta patente consiste en introducir
articulaciones en una viga continua para hacerla isostática, de forma que se
convierte en una serie de vigas simplemente apoyadas prolongadas en
sus extremos por ménsulas en vanos alternos que se enlazan entre sí por
vigas apoyadas en los extremos de las ménsulas. Con este sistema se tienen las ventajas de la viga continua y de la
estructura isostática: de la viga continua, porque la ley de momentos
flectores tiene signos alternos en apoyos y centros de vanos igual que en
ella, y por tanto sus valores máximos son menores que en la viga apoyada;
de la estructura isostática , porque sus esfuerzos no se ven afectados por las
deformaciones del terreno donde se apoyan, condición fundamental, y en
ocasiones determinante, cuando el terreno de cimentación no es bueno.
La viga Gerber tiene otras ventajas sobre la viga continua:
Vanos principales......................521,21 mLongitud del voladizo .................207,26 mGálibo .......................................45,72 m
L. vigas centrales apoyadas ..... 106,68 m
La famosa fotografía de Benjamín Baker, en la que un modelo vivo
figuraba el principio de voladizos en que se basa la solución al puente
sobre el Forth."Cuando se pone una carga en la
viga central, sentándose una persona en ells, los brazos de los hombres y
los cuerpos de los hombres, de hombros abajo y los bastones entran
en compresión. Las sillas representan las pilas de granito. Imagínense las
sillas separadas 500 m y las cabezas de los hombres tan altas como la cruz
de S. Pablo (iglesia londinense, 104 m) sus brazos representados por vigas de acero y los bastones por tubos de 3,5 m de diámetro en la
base y se obtiene una buena noción de la estructura"
a) En primer lugar se pueden fijar los apoyos principales y hacer móviles las
articulaciones, acumulando en ellas las deformaciones por temperatura de la
estructura.b) En segundo lugar, y ésta era
probablemente una de las principales cuando se empezaron a utilizar, la
determinación analítica de las leyes de esfuerzos en ellas es mucho más fácil
que en las vigas continuas, a causa precisamente de su isostatismo.
Su principal inconveniente son las articulaciones que hay que crear en ella.Esta estructura se utilizó con frecuencia en los puentes de madera orientales, en
China, los países del Himalaya, y en Japón.
PUENTE TIPO CANTILÈVER
UBICACION: puente Belice, ubicado en la cd. de Guatemala, en la salida de la carretera al Atlántico por encima de la calzada la paz.
TIPO: Cantiléver
ELEMENTOS Y MATERIALES QUE LO CONFORMAN: específicamente el puente Belice está construido de acero galvanizado y estructuras de cemento en las columnas de soporte. A lo largo de la historia los puentes tipo cantiléver han sido desde madera hasta, hoy en día, de acero galvanizado.
FUNCIONALIDAD: este puente de tipo cantiléver es diseñado específicamente para tramos muy largos, es por eso que su funcionalidad era unir la ciudad de Guatemala con el océano Atlántico.
Puentes Giratorios
En los puentes giratorios de eje vertical caben, igual que en los
basculantes, dos posibilidades de apertura: o bien girar dos vanos
simétricos sobre una pila situada en el centro del canal de navegación,
aunque en algún caso excepcional puede estar situada en un borde; o
bien girar dos semivanos con sus compensaciones, sobre dos pilas
situadas en los bordes del canal. El clásico puente giratorio es el primero, con una fisonomía muy característica, análoga en casi todos los construidos;
es una viga triangulada con tablero inferior, canto variable muy acusado, máximo en el apoyo central y mínimo en los extremos, y una pila gruesa en
el centro que aloja la maquinaria de giro.
La solución de dos semivanos compensados que giran sobre las
pilas laterales se ha utilizado en raras ocasiones, si bien los de mayor luz
son de esta forma; uno de los primeros fue el de Brest sobre el río
Penfeld; tenía una luz de 117,30 m y se terminó en 1868; fue un puente
excepcional en su momento, y seguirá siendo de los más grandes, el
segundo de mayor luz en el mundo; pero desgraciadamente ya no existe
porque lo destruyeron en la Segunda Guerra Mundial. El puente de Firdan sobre el canal de Suez en Egipto, es
La maquinaria para el giro es siempre parecida; consiste en una cremallera
circular sobre la que se mueve un piñón al que se aplica la fuerza motriz.
El movimiento del piñón por la cremallera circular es lo que hace
girar el puente. Generalmente toda la maquinaria está alojada en una gran
pila circular, o está a la vista.La estructura de la mayoría de los
puentes giratorios de dos vanos simétricos es una viga continua de
dos vanos con el puente cerrado, y un doble voladizo con el puente abierto.Los puentes giratorios de dos vanos
son clásicos del río Harlem en Nueva York, donde se construyeron más de
diez; hoy en día siguen siete en servicio porque los demás se
sustituyeron por puentes de desplazamiento vertical de luz doble.El mayor de los puentes giratorios de
también de dos semivanos compensados, tiene 168 m de luz y es
el mayor puente giratorio del mundo. De este tipo es también la pasarela de
Ondarroa en Vizcaya sobre el río Artibay, cerca de su desembocadura.
Nueva York y uno de los mayores del mundo, no estaba sobre el río Harlem, sino sobre el canal que separa Staten Island del estado de New Jersey; fue
el puente Arthur Kill, con dos vanos simétricos de 76 m de luz, construido en 1890, y sustituido en 1959 por un
puente de desplazamiento vertical de luz doble.
Puentes elevadizos o elevación vertical
Un puente de elevación vertical o puente de levante es un tipo de puente móvil en el que la
plataforma se eleva de forma vertical y paralela a su posición original.
Este tipo de puentes ofrecen algunas ventajas en términos económicos respecto a otros tipos
de puentes móviles, como el basculante y el balanceador, puesto que tiene un costo menor al
construir tramos móviles más largos.1 Los contrapesos en un desplazamiento vertical son sólo
necesarios para equilibrar el peso en la plataforma, mientras que en el caso de un puente
bascular han de regularse de forma continua cuando la plataforma se eleva. Por ello se
pueden utilizar materiales más pesados lo que le hace especialmente interesante para pasos
que requieren una capacidad de carga alta.
Aunque la mayor parte de este tipo de puentes emplean torres, cada una de ellos
con contrapesos, algunas usan gatos hidráulicos situados bajo la cubierta. Un ejemplo de este
tipo de puentes es el puente en la St Paul Avenue en Milwaukee, EE. UU., de una longitud de
16 m.2 Otra variante de estos puentes utiliza cilindros balanceadores para elevar la cubierta,
con básculas pivotes en la parte de arriba de las torres elevadoras.3 Un ejemplo de este
diseño puede encontrarse en La Salle, Illinois, Estados Unidos.
La mayor desventaja de esta estructura con respecto a otros diseños es el gálibo para el
tráfico marítimo, que es limitado.
Puentes basculantes
Los puentes basculantes son los que giran alrededor de un eje horizontal situado en una línea de apoyos; se
incluyen por tanto en ellos los levadizos y los basculantes según la
clasificación de Gauthey.Son los más clásicos de los móviles y
los que más se utilizan actualmente. Son también los primeros, porque los
famosos puentes levadizos medievales eran de este tipo.
Los puentes levadizos iniciales de madera consistían en un tablero simplemente apoyado a puente cerrado, y atirantado durante el
movimiento. Eran siempre de una hoja, porque giraban sobre un apoyo
y se elevaban tirando del otro. Los tirantes, formados por cadenas o
cuerdas, se recogían con un cabrestante manual, y ello hacía girar
el tablero sobre uno de sus apoyos, mediante una rótula. También se
utilizaron puentes levadizos de dos hojas, con el vano móvil dividido en
dos semivanos que se levantaban desde sus extremos; en ellos la
estructura cerrada tiene que seguir estando atirantada para ser estable;
es por tanto una estructura atirantada en las dos situaciones, abierto y
cerrado. Se han construido muchos puentes de ambos sistemas, y cada uno tiene sus
ventajas e inconvenientes, pero en general, si la luz no es grande, es
más sencillo y económico el de una sola hoja porque requiere un único mecanismo y se centraliza toda la
operación de movimiento. Ahora bien, como en todos los puentes, en los
móviles, al crecer la luz, crecen los esfuerzos proporcionalmente al
cuadrado de ésta, y por ello, para luces grandes resulta más económico
desdoblar los voladizos, porque a efectos de movimiento es una
estructura de mitad de luz que la de una sola hoja.
El puente de la torre de Londres, con una luz de 79 m, sigue siendo uno de los puentes basculantes más grandes del mundo; su movimiento se debe al
giro del conjunto tablero-contrapeso sobre una rótula simple situada en el centro de gravedad del sistema, y se
acciona mediante un sistema hidráulico. Este sistema es el que se
utiliza hoy día en la mayoría de los puentes basculantes. El conjunto del
puente es una estructura muy singular, porque sobre las pilas del
tramo móvil hay unas torres neogóticas que soportan una pasarela superior que sirve para dar paso a los peatones con el puente abierto y para
compensar los tramos colgados asimétricos laterales, cuya estructura
resistente es rígida. Su singularidad hace de este puente una de las
estampas más típicas de Londres, y el puente móvil más conocido del
mundo. Este puente, con 100 años de vida, sigue todavía en servicio, aunque la maquinaria ha sido
renovada en varias ocasiones; la última vez en 1972.
Otra solución que se utilizó con mucha frecuencia en los puentes basculantes de madera es la de
balancín superior. Uno de los más antiguos, el de Langlois, está situado
sobre el canal de Arlés en Francia,
cerca de la ciudad, aunque su emplazamiento actual no es el
original.
Puentes de viga
Puentes de vigas. Consisten en varios de estos órganos, que,
colocados paralelamente unos a otros con separaciones de 1,2 a 1,5 m, salvan la distancia entre
estribos o pilas y soportan el tablero. Cuando son ferroviarios,
disponen de vigas de madera o acero y sus pisos pueden ser abiertos o estar cubiertos con balasto o placas de hormigón
armado. Los destinados a servir el tráfico de vehículos son de acero, hormigón armado o pretensado o
madera. Las vigas metálicas pueden ser de sección en "I" o de
ala ancha; los caballetes de madera forman vanos con vigas o largueros que descansan en pilas de pilotes del mismo material o en pilotes jabalconados. Los puentes
de vigas de hormigón armado o de acero pueden salvar tramos de
20 a 25 m; para distancias superiores se utilizan mucho el
acero y el hormigón pretensado y, cuando la longitud es
considerable, las vigas son compuestas. Se han construido
algunos puentes con vigas de hormigón pretensado, de sección
en "I", que salvan tramos de hasta 48 m.
Puentes de vigas armadas. Constan de dos de estos
elementos que soportan el piso. Si
Puentes continuos. Pueden ser de viga de celosía, de vigas de acero de
alma llena, de vigas o viguetas de hormigón armado o de vigas o viguetas
de hormigón pretensado. Los puentes continuos de viga de celosía suelen ser
de dos o tres tramos, pero los de viga armada pueden salvar
ininterrumpidamente muchos tramos. Los refuerzos contra la carga tensil de
las vigas continuas de hormigón armado deben colocarse cerca de la
parte superior de las mismas, en el área situada sobre los soportes, pues
allí es donde se prodcen los esfuerzos citados. Las vigas y viguetas de los
puentes continuos de hormigón pretensado tienen sección en "I" o
tubular. El puente continuo de tres tramos,
con arco anclado en el central, modelo relativamente reciente y de estructura
siempre simétrica, es muy estimado para salvar grandes distancias. Aparte
de su valor estético se le considera muy adecuado para las estructuras cantilever. El puente continuo más
el tablero está apoyado cerca de las pestañas inferiores de las
vigas y el tráfico pasa por entre ellas, el puente se llama vía
inferior; si, por el contrario, lo está en la parte superior, se denomina
de paso alto. Cuando el puente sirve a una carretera, es preferible
el segundo tipo, que puede ser ensanchado para acomodarlo a
posibles aumentos de tráfico. Las vigas armadas metálicas son de sección "I" y van reforzadas por remaches. Los puentes de esta
clase pueden ser de un solo tramo o continuos. Los primeros llegan a
cubrir tramos de hasta 40 m. Algunas veces también reciben el
nombre de puentes de vigas armadas los de gran longitud cuyas vigas tienen secciones
compuestas.
largo es el de Dubuque (Norteamérica, estado de Iowa) sobre el río
Mississippí, con un tramo central de 258 m de longitud.
Puentes pórticos
Características principales
–
Hay transmisión de momentos flectores entre tablero y pilas.
– Las reacciones horizontales son elevadas.
– Los movimientos impuestos introducen flexiones altas en pilares.
– Importancia de la relación altura – vano.
– Permite una reducción en el canto del tablero (en general pequeña).
– Son más difíciles de construir.
– Mejora estética
Puentes losas
Este tipo de puentes son usados especialmente para luces menores a los 7 metros en puentes carreteros y 5 metros tratándose de puentes ferroviarios , pudiendo llegarse a luces de 12 metros con hormigón armado y hasta los 35 metros con losas de hormigón preesforzado, y son de una gran ayuda espacialmente cuando se están reutilizando antiguos estribos , en las figuras siguientes se puede observar algunas características más importantes de este tipo de puente.
Figura Vista en perspectiva del puente losa
Tipos de puentes losa.
Los puentes losas pueden formar uno de los tres tipos siguientes:
1) Uno o mas tramos de losa simplemente apoyados sobre estribos y/o pilares. Este tipo se denominan losas simples, y puede observarse en la figura anterior o en la figura:
Figura Puente de losa maciza de concreto armado de varios tramos
2) Una losa continua extendiéndose sobre tres o más apoyos pero sin que esta forme una sola sección con estos. Este tipo de losa se denomina losa continua y puede ser de espesor uniforme o variable y en este último caso la variación de espesor puede ser lineal o parabólica.
3) Una losa continua y además la cual este unida con sus apoyos, en uno o más tramos, constituyendo una losa en pórtico. En este caso el espesor es mayormente variable salvo que se trate de losas de luces inferiores a 6 metros por cada tramo.
En el presente capítulo solo se tratará el primer tipo, las losas simples recordando al estudiante que los otros dos tipos pueden ser tratados como un caso de puentes continuos y como un pórticos respectivamente.
Características Generales.
Los puentes losas requieren por lo general más acero y más concreto que otros puentes, pero su encofrado es mucho más sencillo, siendo algunas veces mayor la economía representada por la facilidad de ejecución del encofrado que el costo de la mayor cantidad de material.
A medida que se incrementa la luz del puente, también la diferencia entre la cantidad de los dos tipos de materiales va aumentando y no así la diferencia del costo del encofrado, existiendo así por lo tanto un limite económico para el empleo de los puentes losas. Este limite depende del costo relativo de los materiales (acero, cemento principalmente) al costo del encofrado. Es por eso que el limite esta entre los 7 a 12 metros, como se indico anteriormente.
Dispositivos de apoyos.
El apoyo fijo y el móvil de una losa pueden estar constituidos no solamente por un apoyo de neopreno sino también pueden ser constituidos por una plancha de calamina o cartón, preferiblemente cubiertos con brea, que aislé la losa de la cajuela del estribo o pilar, para evitar así la continuidad.
El apoyo fijo se diferencia del móvil en que la losa se ancla al estribo o pilar mediante varillas de acero (Dowelz) colocadas en hileras paralelamente al cuerpo del estribo. Estas varillas son suficientes para anclar la losa impidiendo movimientos horizontales de la misma pero que no transmite momentos.
Puentes Esviajados.
Se dice que el tablero de un puente tiene esviaje ó que está construido en esviaje, cuando la forma en planta del tablero no es rectangular. Esto quiere decir que la horizontal de los apoyos del tablero forman un ángulo distinto a 90 grados, con el eje longitudinal del tablero.
En la mayor parte de los casos modernos los puentes son esviajados, no presentando mayores problemas ni inconvenientes si éstos están compuestos por vigas, en cambio cuando se trata de losas simplemente apoyadas los esfuerzos que en ellas se presentan difieren de los de las losas rectas, aumentando esta diferencia con el ángulo de esviaje.
Los tableros con planta curva también tienen las mismas dificultades, las cuales aumentan mientras menor sea el radio de curvatura y mayor la longitud de los tramos.
En el caso de losas simplemente apoyadas las cargas se transmiten a los apoyos extremos tratando de seguir el camino mas corto para llegar a ellos.
Se puede observar entonces que los planos de esfuerzo máximo no son paralelos al eje del camino con lo que la deformación de la losa esviajada tenderá a la de una superficie alabeada. En la siguiente figura se muestra esquemáticamente la variación de reacciones en función de los diversos ángulos de esviaje.
La determinación exacta de estas variaciones de reacción es muy difícil, sin embargo a continuación se presenta un procedimiento simplificado que permite soluciones rápidas y racionales. Tratándose de tramos con varias losas esviajadas, la reacción sobre las pilas se va compensando tendiendo a la uniformidad.
Si el esviaje es hasta de 20°, para el cálculo se considerará como luz la que se mide a lo largo de la línea central en el eje del camino precediéndose luego como si la losa fuese recta, incrementando las reacciones en las esquinas de los ángulos obtusos entre 0 y 50 % sobre la reacción media en proporción al ángulo de esviaje.
Si el ángulo de esviaje está comprendido entre 20° y 50° se tomará como luz de cálculo, la distancia perpendicular a la cara de los apoyos acotada con Lc en la figura 5.5, precediéndose luego como si la losa fuese recta, con lo que se define su espesor y armadura pero como no es recomendable disponer la armadura AS, perpendicularmente a la cara de los estribos porque no se cubren las solicitaciones de torsión en las esquinas con ángulos agudos, lo que se hace es proyectar esta armadura para lo que se multiplica el área de acero AS , por la secante al cuadrado del ángulo de esviaje con lo que se obtiene la armadura AS1paralela al eje del camino.
En este caso, las reacciones en las esquinas de los ángulos obtusos se incrementan entre 50 y 90 % sobre la reacción media y proporcionalmente al ángulo de esviaje comprendido entre 20° y 50°.
Para esviajes mayores a 50° no se debe emplear losa, aunque sean muy cortos los tramos, recomendándose en este caso las vigas T, las cuales provocan reacciones mayores en correspondencia con el ángulo obtuso pero en menor proporción que las losas, despreciándose este incremento en el cálculo.
Figura Losa esviajada entre 20º - 50º y la disposición de la armadura
A continuación se desarrollara un ejemplo del diseño de un puente losa considerando el ángulo de esviaje.
Diseño de la losa.
El diseño de los puentes losa debe efectuarse basándose únicamente en los momentos producidos por cargas, no siendo necesario comprobar en la losa el esfuerzo cortante, ni la adherencia, y el diseño se hace basándose en las formulas dadas anteriormente para el ancho efectivo.
El calculo de los momentos debe hacerse separadamente para el peso propio y la carga viva , tomando en ambos casos una faja de losa de un ancho de unidad.
Si las losas se hallan bajo relleno, el ancho efectivo debe de aumentarse en 2 veces la altura del relleno, teniendo en cuenta que este reparte su carga a 45º manteniéndose siempre limites máximos de ancho efectivo en función del ancho de la losa y del numero de líneas de transito.
Para la estimación del peso propio el espesor de la losa puede tomarse aproximadamente como Lc/20 para losa mayores de 6.0 m. y Lc/15 para luces menores ó usar las fórmulas recomendadas por la AASHTO en la tabla 8.9.2 , en la sección 8.