Tipos de Puentes que Existen según su Estructura

Este artículo enumera de forma muy concisa y comprensible los tipos de puentes, estructuras y elementos existentes, así como todas las recomendaciones que deben tenerse en cuenta a la hora de construirlos.

Qué es un Puente?

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, camino o cualquier otro inconveniente topográfico.

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, camino o cualquier otro inconveniente topográfico.

Materiales usados en la construcción de puentes

Piedra, madera, acero, hormigón armado, hormigón pretensado, hormigón postensado y mixtos.

Componentes de las estructuras de puentes

La parte del puente que sostiene a la super-estructura normalmente consiste de:

• Estribos
• Pilas o pilastras

Generalmente la porción del puente que está sobre los aisladores del puente pueden incluir:

• Losa de concreto reforzado
• Vigas
• Armaduras
• Arriostres

En puentes en suspensión:

• Cables
• Ganchos
• Torres
• Cubierta del puente

Elementos de un puente

Super-estructura

Es la parte del puente donde actúa la carga móvil y esta constituido por:

• Losa del tablero
• Vigas longitudinales y transversales
• Aceraras y pasamanos
• Capa de rodadura
• Otras instalaciones

Sub-estructura

Es la parte del puente que se encarga de transmitir las solicitaciones al suelo de cimentación, y esta constituida por:

• Estribos
• Pilas
• Muros de ala

La super-estructura de un puente puede ser clasificada de diferentes maneras

• Material de construcción (madera, acero, concreto).
• Tipo de claro (arco, viga).
• Forma estructural (voladizo, en suspensión).
• Longitud del claro (largo, corto).
• Características de trayectorias de cargas (ortotrópico, puente-losa).
• Posición (báscula, suspendible, giratorio).

La forma estructural de la super-estructura de un puente se refiere al medio con el que las cargas gravitacionales y laterales son transmitidas de la cubierta del puente a la cimentación.

Tipos de super-estructuras de puentes

Puente de losa con vigas

Consiste de dos componentes principales de super-estructura:

• Cubierta (tablero) de concreto.
• Vigas longitudinales.

Una super-estructura de este tipo se muestra en la siguiente figura:

Las vigas longitudinales son generalmente hechas de una variedad de materiales, incluyendo:

• Acero.
• Concreto reforzado / presforzado.
• Láminas de madera pegadas (en este caso, la cubierta es usualmente de madera laminada con una superficie de asfalto).

En muchos casos, la cubierta de concreto (tanto para vigas presforzadas como para vigas de acero estructural) son diseñadas para trabajar en forma compuesta con las vigas.

El resultado es un menor tamaño de sección para las vigas y por lo tanto, mayor economía a través de un uso más eficiente de materiales.

Este sistema es muy recomendado para puentes de claros cortos, con claros en el rango de 20 a 125 pies. Más allá de estas longitudes, el costo económico constituye un factor importante para cambiar a un tipo diferente de superestructura.

Puentes ortotrópicos

Un material cuya respuesta mecánica depende de la dirección en que se aplican las cargas se conoce como anisotrópico.

En el tipo de puentes ortotrópicos, una cubierta de acero rigidizado es soldado a las vigas. En consecuencia, la cubierta de acero tiene diferente propiedades elásticas en dos direcciones ortogonales (perpendiculares). De ahí el nombre; orto-gonal, aniso-trópico: ortotrópico.

Puentes de armadura

Los puentes de armadura tienden a ser más económicos para claros más largos (asumiendo que los requisitos de profundidad no son severos) porque los miembros de la armadura están sometidos a cargas axiales sin ningún tipo de flexión.

Los puentes de armadura pueden ser clasificados además por la posición de la cubierta con respecto a las cuerdas inferiores o superiores de la armadura.

Las designaciones son las siguientes

• Armadura de cubierta:

La cubierta es sostenida en los puntos superiores de la armadura. La armadura está por lo tanto, completamente por debajo de la superficie de la carretera.

• Armadura expuesta:

La cubierta es sostenida por las cuerdas inferiores de la armadura. La armadura misma puede obstaculizar la visión de los conductores y es una amenaza de colisiones. En consecuencia, este tipo de armadura no es usado.

Sin embargo, muchos puentes con esta configuración han sido sacados de uso y removidos a ubicaciones alternativas debido a su significado histórico.

• Armadura medio expuesta:

La cubierta está sostenida por cuerdas tanto inferiores como superiores.

Este tipo de armadura es usualmente requerido para estructuras de armaduras de claros muy grandes. Este tipo de armadura es a veces conocido como armadura pony.

Puentes de marcos rígidos

El comportamiento de un puente de marco rígido es esencialmente el comportamiento de un arco de dos articulaciones. Debido a que su forma estructural es indeterminada, estos puentes no son fáciles de analizar como los puentes de vigas o armaduras.

Históricamente, los puentes de marcos rígidos han sido construidos con solo dos componentes principales de apoyo por lo que su redundancia y trayectoria de cargas han sido cuestionadas.

Puentes de arco

Los puentes de arco son esencialmente las estructuras de puentes más antiguas. Cada elemento de la estructura de arco está sometido a fuerzas de compresión, históricamente fue posible construir estos puentes de piedra sin anclajes mecánicos. Todavía se encuentran en funcionamiento puentes de arco de 2,000 años.

Los puentes de armadura, los puentes de arco pueden ser también clasificados en base a la localización de la superficie de la carretera en relación con la estructura de soporte del arco:

• Arco de cubierta: La estructura de soporte del arco está completamente por debajo de la superficie de la carretera.
• Arco expuesto: El arco está por encima de la cubierta de la carretera. En este caso, la superficie misma puede formar un tensor para las fuerzas de armadura que se desarrollan (por tanto, un arco tensado).
• Arco medio expuesto: Esta es una estructura de puente donde la carretera está entre el springing y la corona.

Puente de estructura de arco típico

Los puentes de arco también pueden basarse en otras formas estructurales (armaduras, marcos rígidos, etc).

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Puentes en voladizo

Los puentes en voladizo fueron la primera forma estructural en conquistar claros bastantes grandes que eran requeridos para el tráfico ferroviario en los años 1,800’s.

Las estructuras de puentes en voladizo consistían de los siguientes componentes:

• Claros de anclaje: Claros simplemente soportados en cada extremos de la estructura del puente. La porción en voladizo de estos claros sostiene el claro central.
• Claro en voladizo: Claro central (usualmente más corto que los claros de anclaje) localizado usualmente en el centro de la corriente o río.

El puente Firth of Forth es un excelente ejemplo de un puente en voladizo. La estructura de puente en voladizo intenta igualar / cancelar los momentos positivos y negativos de la estructura del puente entre los apoyos.

Puentes suspendidos por cables (en suspensión)

Los puentes suspendidos por cables son bien conocidos por sus cualidades estéticas (el Golden Gate, el puente de Brooklyn, el puente de Washington, etc.), por su habilidad de cubrir grandes distancias.

Estos puentes están formados de cuatro componentes principales:

• Torres
• Cables
• Anclajes
• Cubierta

Puentes atirantados

Aunque el uso de cables para atirantar una cubierta de puente fue descubierta muchos años antes, los puentes atirantados no recibieron mucha atención y uso, hasta después de la segunda guerra mundial.

Los puentes atirantados transmiten la carga de la cubierta directamente a las torres a través de los cables.

Clasificación general de puentes atirantados

Puentes móviles

Son puentes que operan sin permanecer estáticamente inmóviles durante su vida útil.

Los puentes móviles pueden ser clasificados de la siguiente forma:

• Báscula
• Suspendible
• Giratorio

Los puentes en operación (o móviles) están exclusivamente localizados sobre caminos de agua navegables. Cuando el tráfico de barcos o botes necesita cruzar por debajo de la estructura del puente, el puente debe dejar el camino libre.

Otros tipos de puentes

• Puente báscula
• Puente suspendible
• Puente giratorio

Tipos de puentes fijos

Arcos

Este tipo de puentes reparten el peso sobre los pilares de apoyo, los arcos contiguos y los apoyos en la tierra firme. De esta manera consiguen mayor distancia entre los pilares.

Cantilever

El peso en este tipo de construcciones (de acero u hormigón) se divide en dos partes simétricas y se sostiene desde el centro, como sucede en muchos puentes levadizos.

Tirantes

Esta clase de puentes se sujeta cerca del centro de sus vigas. El de Normandía alcanza los  2,143.21 m de longitud y el de Forthse construyó en 1890.

Armadura

Los puentes de este tipo constan de dos vigas laterales, permiten abarcar grandes distancias y admiten la zona de tránsito entre las sujeciones o por encima de ellas.

Atirantado

El mayor puente atirantado de hormigón en el mundo es el del embalse de Barrio de Luna (España), que se inauguró en el año 1985 y alcanza 440 m.

Colgantes

En esta clase de construcciones de gran altura, el peso del puente se sostiene sobre los soportes verticales que se apoyan en el suelo y en los anclajes de las cuerdas. Las torres se fijan a los pilares de sujeción, que pueden estar muy separados entre sí, y sirven de apoyo para los distintos cables.

Consideraciones sobre la selección de la ubicación del puente

Cuando formalizamos el trazo preliminar de una ruta, debemos seleccionar como ingenieros cuidadosamente el sitio de cruce de las corrientes fluviales, con objeto de reducir al mínimo los costos de construcción, conservación y reposición de los puentes.

Asimismo, deberá estudiarse el curso de los meandros, y en caso necesario, rectificar el de la corriente mediante obras de encauzamiento u otras medidas que pudieran reducir los problemas de erosión y posible pérdida de las estructuras.

Las cimentaciones de los puentes que se construyan transversalmente a un cauce modificado, deberán proyectarse tomando en cuenta posible ensanchamientos o una mayor profundidad de dicho cauce.

Si en un caso encontramos que existen grandes zonas inundables, se deberá considerar la necesidad de construir terraplenes de acceso con pequeña altura para facilitar el paso de avenidas extraordinarias sobre la rasante del camino y evitar así la pérdida de las estructuras.

Si nos resulta necesaria la construcción de estructuras de desahogue, para facilitar la infiltración natural de las aguas y reducir remansos, habrá que seleccionar cuidadosamente tanto su ubicación como las dimensiones de las mismas, a fin de evitar socavaciones perjudiciales y cambios en el cauce principal del río.

Aspectos a tomarse en cuenta en relación a la ubicación de puentes

• Forma de las cuencas tributarias.
• Estabilidad fluvial del tramo fluvial comprometido.
• Grado de sinuosidad de los cauces existentes y presencia de lecho abandonados.
• Características topográficas de los terrenos y forma de los cauces.
• Cobertura vegetal existente.
• Características geológicas o singulares, tales como afloramientos rocosos, existencia de gravas, arenas, etc.
• Obras de drenaje existentes, aguas arriba y debajo de la obra, objeto del estudio y su posible influencia sobre la misma.
• Características de los cauces principales tales como sus secciones, alineamiento, los obstáculos, la vegetación existente y la naturaleza de los acarreos.
• Calidad aparente de los materiales sobre los cuales se va colocar las obras de drenaje principales.
• Evidencias de corrosión en estructuras metálicas existentes o desgaste en estructuras de concreto.

Recomendaciones generales para construir un puente

• Utilizar 4 m como mínimo del nivel máximo de las aguas con la parte inferior del puente.
• La base de todo está en interpretar los fenómenos naturales que influyen en la obra.
• El índice de obstrucción no deberá ser mayor del 5%.
• Evitar puentes de caballete.
• Hacer una perforación por pila como mínima.
• Tratar que el puente sea perpendicular al río.
• Separación mínima entre puentes de un mismo río es de 200 m.
• Losa de hormigón armado es generalmente más económica para un solo tramo para luces menores de 30 m (L<30m).
• Usar losa continua cada L>20.
• Las vigas deben estar conectadas con diafragma, los diafragmas son las uniones transversales de la vigas.
• Los estribos deben estar completamente fuera del cauce del río.
• La dosificación del concreto por peso permite mejor control y sale mejor que dosificar por volumen.
• Se recomienda vigas cajón si la luz es grande, se recomienda puentes en curva y cuando haya que resistir grandes torsiones.
• Construir tableros continuos es preferible, se logra reducir las deformaciones diferidas, que se reducen cuando menos de 5 a 1, la estructura es hiperestática y tiene mayor resistencia pero en contraparte de las dificultades de cálculo son mayores.
• Cuando los puentes son largos se usan dovelas.
• El puente recto se puede manejar un esviaje de 30°.

Puedes comentarnos algún tipo de puente en particular que te llame la atención o ampliar el tema en la caja de comentarios.