Puente de vigas
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| Puente de vigas | ||
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 Puente de vigas de hormigón sobre las vías de un ferrocarril | ||
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| Antecedente | Puente viga | |
| Relacionado | Puente de caballetes, puente en celosía, puente luna | |
| Descendiente | Puente de viga cajón, puente de vigas de alma llena | |
| Para paso de | Peatones, automóviles, camiones, tranvías, ferrocarriles | |
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| Rango de luces | Corto y medio | |
| Material(es) | Madera, hormigón armado, hormigón pretensado, acero | |
| Móvil | No | |
| Dificultad de diseño | Sencillo | |
| Estructuras auxiliares | No | |
| Esquemas | ||
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Se define puente de vigas como aquel que utiliza vigas maestras, en general de sección constante, como medio de soporte para su tablero.[1] Se suele dar este nombre a puentes formados por una serie de vigas iguales (casi siempre prefabricadas) que se disponen simplemente apoyadas para salvar vanos de longitud moderada. En la actualidad se usan preferentemente las vigas de hormigón pretensado, que presentan un mejor rendimiento estructural que las vigas de hormigón armado y unos menores requisitos de mantenimiento que las vigas de acero.
Desde el punto de vista de la terminología empleada en el campo de los puentes, debe distinguirse entre puente viga[2][3][4][5] (término que se suele aplicar a distintos tipos de estructuras generalmente de directriz recta, apoyadas sobre pilares y estribos, y cuya sección se comporta conjuntamente como una sola viga; como los puentes de celosía, los puentes de vigas de alma llena o los puentes de viga cajón), y puente de vigas (estructura formada por un haz de vigas iguales, que trabajan solidaria pero individualmente para soportar un tablero).[6]
En un puente de vigas, las vigas mismas son el soporte principal del tablero y son responsables de transferir la carga a la cimentación. Por el contrario, en los puentes con forma de arco, las vigas siguen siendo el soporte principal del tablero, pero la carga se transfiere a través de los arranques del arco a la cimentación. El tipo de material, la forma y el peso de una viga influyen en la carga que puede soportar. Debido a las propiedades mecánicas de las vigas (en especial en lo relativo a su momento de inercia), su altura (canto) es el factor más importante que afecta a su capacidad soportar cargas. Mayores luces, cargas de tráfico más pesadas o una mayor separación entre las vigas se traducen directamente en la necesidad de utilizar vigas de mayor canto. Esta relación de proporcionalidad entre la luz y el canto de las vigas simples, implica que para puentes de luces relativamente reducidas (por encima de unos 50 metros), sean más adecuadas otras tipologías estructurales.
Los puentes de vigas han existido durante milenios en diversas formas, según los recursos disponibles. El modelo más simple de puente viga es el tronco de un árbol tendido por encima del cauce de un arroyo. En antigua Roma, las técnicas de construcción de puentes incluían la hinca de postes de madera que servían como columnas y el posterior tendido de una plataforma para salvar el espacio entre las columnas con diversos materiales de construcción. Los puentes construidos por los romanos eran, en su época, básicos, pero muy fiables y resistentes, y cumplían una función muy importante en la vida social.
Con la llegada de la Revolución Industrial, se utilizaron nuevos materiales con propiedades físicas mejoradas, y los avances en las técnicas de producción primero del hierro forjado y después del acero permitieron que se diseñaran los primeros puentes de vigas modernos.
Diseño
Todos los puentes de vigas constan de dos partes principales: la subestructura y la superestructura. La superestructura abarca desde los apoyos de las vigas hacia arriba, soporta las cargas del tráfico y es la parte más visible del puente. La subestructura es la base que transfiere las cargas de la superestructura al suelo. Ambas deben trabajar conjuntamente para crear un puente resistente y duradero.
La superestructura consta de varias partes:
- El tablero es la superficie de la calzada o pasarela. En aplicaciones viales, suele ser una losa de hormigón armado ejecutado in situ, pero también puede ser una rejilla de acero o vigas de madera. La plataforma incluye cualquier carril de carretera, mediana, acera, pretil o barandillas y elementos diversos como drenaje e iluminación.
- La estructura de soporte consiste en el sistema de acero u hormigón que soporta el tablero. Esto incluye las vigas, los diafragmas o arriostramientos transversales y (si corresponde) el sistema de celosía o arco. En un puente de vigas, esto incluiría solo las vigas y el sistema de arriostramiento (prelosa). Las vigas son el soporte principal de la carga, mientras que el sistema de arriostramiento permite que las vigas actúen solidariamente y evita que se vuelquen.
- La función de las almohadillas de apoyo es permitir que la superestructura se mueva de forma relativamente independiente de la subestructura. Todos los materiales se expanden y contraen naturalmente con la temperatura. Si un puente fuera completamente rígido, esto causaría tensiones innecesarias en la estructura y podría provocar fallos o daños. Al fijar la superestructura en un extremo, mientras se permite que el otro extremo del tramo se mueva libremente en sentido longitudinal, se alivian las tensiones térmicas y se aumenta la vida útil del puente.
La subestructura también se compone de varias partes:
- Dos estribos, que conectan los arranques del tablero con la vía de circulación que discurre sobre el terreno. Los pilares, soportes intermedios situados entre los estribos.
- El cargadero, la parte que soporta las almohadillas de apoyo. Dependiendo del tipo de estructura de soporte, puede haber o no un cargadero.
- La zapata es la estructura que transfiere las cargas al terreno. Existen dos tipos principales de sistemas: una zapata corrida, que es una simple losa de hormigón apoyada sobre el terreno; o una zapata pilotada, que utiliza pilotes para alcanzar el terreno competente, que puede estar a gran profundidad. En el sistema denominado pila-pilote, el propio fuste del pilar (generalmente de gran diámetro) se prolonga en un único pilote que se hinca en el terreno.
Tipos de vigas
- Vigas de acero laminado, fabricadas mediante el extrusionado de prismas de acero a través de una serie de matrices para crear la forma deseada. Estas matrices crean vigas estandarizadas, como el perfil doble T o las vigas de ala ancha[7] de hasta 30 metros de longitud.
- Vigas de alma llena, producidas mediante la soldadura de placas de acero para crear la forma deseada. El fabricante recibe grandes placas de acero del espesor requerido y luego corta las alas y el alma de la placa con la longitud y forma deseadas. Las vigas de alma llena pueden tener mayor altura que las vigas de acero laminado y no se limitan a formas estandarizadas. La posibilidad de personalizar una viga según las condiciones de carga exactas permite un diseño de puente más eficiente. Las vigas de alma llena se pueden utilizar para vanos de entre 10 y más de 100 metros (33 a más de 330 pies). Ocasionalmente se sueldan rigidizadores entre el ala de compresión y el alma para aumentar la resistencia de la viga.
- Vigas cajón o vigas de sección rectangular o trapecial, tienen, como su nombre indica, forma de cajón. Constan de dos almas verticales, alas superiores cortas sobre cada alma y un ala inferior ancha que las conecta. Una viga cajón es particularmente resistente a l torsiÓn y, aunque costosa, se utiliza en situaciones donde una viga estándar podría ceder ante la torsión o el vuelco.
- Vigas prefabricadas de hormigón armado, producidas con formas de doble T, en las que una armadura de acero situada en un molde, queda embebida en el hormigón que se vierte en el molde.
- Vigas prefabricadas de hormigón pretensado, en las que una parte de la armadura se tensa con gatos para optimizar su comportamiento mecánico, mejorando su resistencia a tracción. Son producidas tanto con forma de doble T, como con forma de artesa (trapecial), semiartesa o rectangular.
