Puente mixto
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Un puente mixto, en términos de ingeniería civil, es un puente diseñado para resistir preferentemente los esfuerzos de tracción con elementos de acero y los esfuerzos de compresión con elementos de hormigón. No se consideran puentes de esta tipología cuando la principal función del acero es reforzar el hormigón, como en los casos de las estructuras realizadas totalmente con hormigón armado o con hormigón pretensado.[1]
Su característica distintiva reside en el uso según sus propiedades óptimas de estos dos materiales, cuyos elementos estructurales se interconectan mediante uniones mecánicas para crear una estructura monolítica.[2] Como ya se ha señalado, las estructuras compuestas únicamente de hormigón armado o pretensado, a pesar de la presencia de acero, no se consideran puentes mixtos.
El final del siglo XVIII marcó el auge del acero en la construcción de estructuras, como puentes colgantes o puentes de celosía, incrementando considerablemente las longitudes de los vanos, que anteriormente eran relativamente limitadas. Estos puentes eran muy valorados por sus ventajas económicas y su rápida ejecución en comparación con otros tipos de estructuras como los puentes de fábrica, que carecían de estas características técnicas y requerían importantes obras en determinados puntos, como valles o desniveles profundos. Estos puentes de acero ocuparon un lugar destacado hasta la década de 1960, antes de la expansión del hormigón pretensado, cuyo uso se generalizó debido a las significativas mejoras en la velocidad de construcción y en los requisitos de material.
Desde los años 1980, los puentes mixtos acero/hormigón han ido aumentando su presencia de forma sostenida, y en 2004, estas construcciones representaron el 80% de las estructuras de luz media, comprendida entre los 35 y los 80 metros.[3][4]
Tipos
Puentes mixtos bivigas y multivigas
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Un puente mixto de varias vigas es un puente cuyo tablero está formado por rigidizadores de acero en la parte inferior y una losa de hormigón armado o pretensado en la superior. Los rigidizadores pueden ser perfiles metálicos laminados, soldados o remachados, con almas macizas o perforadas, o vigas de celosía, y en ocasiones incluyen vigas transversales, llamadas travesaños, que conectan los rigidizadores principales. El viaducto de la Haute-Colme, que soporta la Línea de alta velocidad Nord en los municipios de Watten y Ruminghem, es el puente de dos vigas más largo de Francia, con una longitud de 1827 m. Las vigas de acero de 2,5 metros de altura están conectadas en su parte inferior mediante arriostramientos para proporcionar la rigidez torsional necesaria para este tipo de tablero, que soporta trenes de alta velocidad.
Esta categoría incluye los puentes mixtos de dos y de cuatro vigas, muy comunes debido a su facilidad de construcción, bajo tonelaje de acero (y, por lo tanto, menor coste) y para luces que rara vez superan los 100-120 metros. Las dimensiones de las vigas longitudinales influyen parcialmente en la rigidez del tablero, lo que hace económicamente inviable el uso de este tipo de estructuras más allá de ciertas longitudes de vano.[3].
La disposición de los distintos elementos del tablero puede variar. Cuando la calzada que soporta el puente es muy ancha, se pueden colocar ménsulas externas alineadas con las vigas transversales para adaptarlas a este ensanchamiento. De igual forma, la losa de hormigón puede pretensarse transversalmente, mejorando su resistencia, pero requiere ciertas medidas, como la instalación de vigas transversales en las secciones inferiores de las vigas, para evitar que la compresión del hormigón afecte la estabilidad de las vigas de acero. Otros criterios estéticos o limitaciones del emplazamiento pueden alterar la disposición de todos estos elementos. La necesidad de educir la ocupación del terreno puede puede traducirse en pilares más estrechos y, por lo tanto, en una menor separación entre las vigas de acero.[5]
Puentes de vigas embebidas en hormigón
Desarrollados en la década de 1970, estos puentes disponen de vigas de altura constante parcial o totalmente embebidas en hormigón. Una solución común consiste en encofrar la separación entre las vigas mediante un encofrado permanente colocado en las alas inferiores de estas vigas, evitando así la necesidad de cimbrar temporalmente el tablero durante la construcción. La red del ferrocarril estatal francés (SNCF) cuenta con numerosas estructuras de este tipo.[6]
Sus principales ventajas residen en su gran esbeltez, lo que resulta especialmente útil cuando el emplazamiento presenta limitaciones de altura o incluso para cumplir determinados requisitos arquitectónicos. Además, pueden construirse sin interrumpir el tráfico existente, evitando desvíos complicados y costosos, y requieren poco equipo y maquinaria de elevación.[7]
Puentes mixtos de cajón único o multicajón
El tablero de los puentes mixtos de vigas cajón está compuesto por segmentos huecos conectados entre sí, cuya altura puede ser variable o fija según su disposición en el tablero. Un ejemplo singular de esta tipología es el puente Enrique de la Mata Gorostizaga, un viaducto localizado en Madrid (España) que aloja un museo de escultura al aire libre, en el que dos vigas cajón de acero corten, sostienen un tablero de hormigón blanco.[8]
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Puentes mixtos de arco invertido
Un puente mixto de arco invertido combina un cordón curvo metálico (cuya clave está situada por debajo de sus arranques), con un tablero de hormigón. Ambos elementos se conectan mediante un entramado de celosía de acero. El cordón curvo trabaja a tracción, mientras que el cordón superior horizontal trabaja a compresión.[9]
Ejemplos reseñables de esta tipología son dos obras del ingeniero español Eduardo Torroja, el puente sobre el río Tordera (1944; vanos de 55 m) y el puente de Posadas (1952; vanos de 60 m) sobre el río Guadalquivir.[9]
No es una solución muy usual, debido a que el arco invertido ocupa una altura considerable por debajo del tablero de la estructura, lo que limita esta solución a los casos en los que la rasante del puente se halla situada muy por encima del obstáculo que se pretende cruzar.
Características
Debido a las propiedades de cada uno de los dos elementos que componen este tipo de puentes, se puede sacar el mejor provecho de cada uno de ellos. Así, mientras el hormigón resiste la compresión, los elementos de acero resisten la tracción.[1]
Secciones tipo
Los siguientes gráficos muestran secciones tipo usuales en tableros de puentes mixtos. En color verde figuran los elementos de acero, y en color gris los de hormigón.
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Ejecución
La ejecución de los puentes mixtos se puede realizar mediante tableros mixtos multijácena y tableros de sección en cajón.
Tableros mixtos multiviga
Los tableros mixtos multiviga tienen la ventaja de que son adecuados para su fabricación en taller, son de fácil transporte, se colocan con medios ordinarios mediante grúas, se reducen las uniones y disponen de un fácil proceso para ejecutar la losa. No obstante, tienen el inconveniente de que se exponen demasiado al viento, aumentan el esfuerzo de la losa, contienen esquinas abundantes, necesitan un fuerte mantenimiento, y son sensibles al pandeo,[nota 1] y son susceptibles a gradientes térmicos, entre otros.[10]
Tableros de sección en cajón
Los tableros de sección en cajón tienen la ventaja de que se reducen las superficies exteriores, el mantenimiento es sencillo, existe adecuación en geometrías, reparto de cargas, dispone de versatilidad y tiene menores espesores en losas, entre otros. No obstante, tienen el inconveniente de que aumenta la dificultad en taller, un transporte más complicado, requiere un mayor número de soldaduras y requiere una mayor especialización en los procesos constructivos.[11]
