1. Titulo
ESTRUCTURA DE PUENTES EN FORMA DE ARCO
3. Resumen ejecutivo
Resumen ejecutivo
Se presenta detallada la estructuración y construcción de los puentes arcos que aparte de eso son usados desde hace mucho tiempo en la ingeniería y arquitectura y hoy en día es una forma más novedosa en dichos puentes porque llegan a tener una buena estabilidad, un buen desempeño y la imagen que presenta de las formas la cuales son construidos.
Se mantiene que es una forma muy buena para la construcción de puentes aunque hay muchos tipos pero es uno de los más impresionantes partiendo de un punto de vista.
Son varios tipos de estructuras de puentes en forma de arco, cada cual tiene un objetivo en común y diseños diferentes
La importancia de construir los puentes en forma de arco es cuando en el momento de soportar materiales pesados los distribuye en toda las estructura, esto hace que el puente sea muy resistente
4. Tabla de contenidos
Tabla de contenidos
7. Introducción
Introducción
La presente investigación se refiere al tema de la estructura de los puentes en forma de arco donde mantenemos de manifiesto un tema muy importante para el desarrollo de la ingeniería, para la innovación de nuevos tipos y estructuras que se van creando ya sea para generar un buen resultado y desempeño o también para dar a conocer nuevos estilos es decir que corre la imaginación al crear nuevos diseños
Se da entender el hecho de crear este informe es para dar a conocer términos que se utilizan en el campo de la ingeniería y también la clasificación de los puentes en forma de arco, y las formas de construcción que se toman al construir dicho puente.
Es importante saber información de cómo será que tiene que ser el diseño del puente ya que dependiendo la luz y la profundidad del terreno donde se construirá influye mucho para conocer qué tipos de diseño se utilizara.
Además hay que saber los tipos de materiales que son utilizados y cuales son más resistentes, pero esto se toma en cuenta a partir de un punto de decisión de que material y como se debe utilizar dependiendo el diseño de dicho puente
8. Cuerpo del informe
A. Puentes
Un puente es una construcción que permite salvar un accidente geográfico como un río, un cañón, un valle, una carretera, un camino, una vía férrea, un cuerpo de agua o cualquier otro obstáculo físico. El diseño de cada puente varía dependiendo de su función y de la naturaleza del terreno sobre el que se construye.
Según Irusta (2006) “Mediante ciertas estructuras que soportan pesos importantes, se consigue cruzar una depresión del terreno u otros obstáculos como el agua y otras vías de comunicación. Los puentes proporcionan un camino, una carretera, una vía férrea y sujetan tuberías, líneas de distribución de energía o un canal o conducto de agua en el caso de los acueductos. Se construyen de distintos tipos para solucionar las diversas características de su ubicación concreta y constan de dos partes principales: unos elementos que configuran los apoyos o soportes del puente y otra estructura que se sitúa entre las anteriores.”
B. Luz de un puente
En arquitectura, ingeniería y construcción suele utilizarse la palabra luz para designar la distancia, en proyección horizontal, existente entre los apoyos de una viga, un puente. A veces suele emplearse como sinónimo de "vano". De esta forma se emplea para cuantificar la distancia del vano que hay entre los dos estribos, o apoyos, de un arco. Al ser considerada una distancia, la luz se mide necesariamente en las unidades de longitud correspondiente. El espacio entre los apoyos se suele denominar interluz.
El primer gráfico ayuda a decidir la tipología estructural de un puente según su luz:
Grafico 1. Rango de utilización más frecuente de tipologías de obras de paso en función de su luz
C. Historia de los puentes en forma de arco
El puente Arkadiko, de la cultura micénica, es uno de los cuatro puentes de falso arco que formaban parte de la red de carreteras, diseñada para acomodar las carretas que circulaban entre Tiryns y Epidauros en el Peloponeso, en Grecia. Datan de la Edad del Bronce, siendo uno de los puentes arco más antiguo que sigue en uso. Varios puentes arco intactos han sido encontrados en el Peloponeso que provienen de la Edad helenística en el sur de Grecia. Todo parece indicar que los griegos desconocían el concepto de arco, pero sí los mesopotámicos, que lo usaron en la arquitectura. De alguna forma los etruscos también aprendieron a usar el arco y transmitieron la técnica a los romanos.
La civilización romana fue la primera cultura en construir puentes de forma generalizada. La necesidad de tener una red de calzadas bien comunicada y fija hizo que los ingenieros romanos construyeran una gran cantidad de puentes para salvar los ríos y valles que debían atravesar. Los romanos fueron los precursores del hormigón y del cemento hidráulico. Eran capaces de cimentar los puentes a gran profundidad y realizar vanos enormes para la época. El puente romano de Orense es el de mayor luz en piedra construido por ellos, con 38 m. También se le debe a los romanos los primeros puentes arco en madera, caso del puente de Trajano, con los cimientos en piedra y la arcada en madera, con arcos rebajados. Este puente es especialmente singular ya que la madera permitió luces de 52 m (la madera al ser más ligera permitía salvar luces mayores) y además la estructura medía 1130 m, siendo por muchos siglos el puente más largo jamás construido.
Si bien en la Edad Media se construyeron puentes, la ingeniería no avanzó, y en algunos casos retrocedió. Se olvidó cómo se realizaba el hormigón y los arcos se redujeron en tamaño. Aun así el arco perduró con pocas variaciones, usándose a veces el arco gótico. Mientras tanto en el Imperio Inca se empezó a perfeccionar la construcción de puentes de cuerda, que serían los precursores de los puentes colgantes.
El Renacimiento traería una nueva dimensión al diseño de puentes. En 1415 se recuperan los manuscritos de Vitrubio y además por esta época empiezan a reaparecer las ruinas de la época romana. Estos hechos provocaron que los ingenieros de aquella época retomarán el estilo clásico de los puentes. Volvió a adoptarse el arco de medio punto. Ejemplos de esto son el puente de Rialto en Venecia, Pont Neuf de París o el puente della Trinitá en Florencia. Con el paso de los años el puente no sólo se considera un elemento funcional sino también un elemento artístico de una ciudad, y sin duda un signo de poder e influencia respecto a otras ciudades.
La Revolución científica conllevó un planteamiento científico que llevó a la mejor comprensión del funcionamiento de las estructuras. Esto cambió la forma de ver el material, los arcos podían cambiar de forma, rebajarse y estilizarse, buscando aprovechar el material. Así se impusieron los puentes de arcos rebajados y los de arcadas sucesivas, cuyo esfuerzo se apoya en pesados estribos en las orillas. Un ejemplo tardío de esto es el puente Alejandro III en París. Si bien se siguieron realizando puentes de piedra, la historia de los puentes cambió radicalmente al aparecer nuevos materiales más resistentes y que precisaban nuevas formas completamente inéditas hasta entonces.
D. Puentes en forma de Arco
Los puentes en arco trabajan transfiriendo el peso propio del puente y las sobrecargas de uso hacia los apoyos mediante la compresión del arco, donde se transforma en un empuje horizontal y una carga vertical. Normalmente la esbeltez del arco (relación entre la flecha máxima y la luz) es alta, haciendo que los esfuerzos horizontales sean mucho mayores que los verticales. Por este motivo son adecuados en sitios capaces de proporcionar una buena resistencia al empuje horizontal.
La curva natural del arco y su capacidad de disipar la fuerza hacia fuera reduce grandemente los efectos de la tensión en la superficie inferior del arco. Cuanto mayor es el grado de curvatura (cuanto más grande es el semicírculo del arco), sin embargo, mayores son los efectos de la tensión en el superficie inferior.
Los puentes de arco son esencialmente las estructuras de puentes más antiguas. Ya que cada elemento de la estructura de arco está sometido a fuerzas de compresión, fue posible construir estos puentes de piedra sin anclajes mecánicos. Todavía se encuentran en funcionamiento puentes de arco de 2000 años. Como 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:
Ø Un puente en arco atirantado (tablero intermedio):
Es un tipo de puente en arco en el que las fuerzas horizontales del arco, o cuerda superior, son transmitidas por la tensión de la cuerda inferior (ya sea por tirantes o por el propio tablero), en lugar de ir hacia el suelo o los cimientos del puente. Los empujes hacia abajo en el tablero se traducen, como tensión, por fuerzas verticales del tablero a la cuerda superior curvada, que tienden a aplanarla, y por lo tanto, presionan a sus extremos hacia fuera, hacia los estribos, al igual que en otros puentes en arco.
Sin embargo, en un puente en arco atirantado, estos movimientos están restringidos, no por los estribos, sino por la cuerda inferior, que une estos puntos, tomando los empujes como tensión, algo así como la cuerda de un arco que está siendo aplastado. Por eso a este diseño a veces también se le llama “puente en arco de cuerda” o “puente de viga en cuerda”. La eliminación de las fuerzas horizontales en el estribo permite que este tipo de puentes se construyan con cimentaciones menos sólidas, por lo que se pueden situar sobre pilonas elevadas o en áreas de suelos inestables. Además, ya que su integridad no depende de las fuerzas de compresión horizontales, los puentes en arco atirantados pueden ser prefabricados fuera del sitio, y posteriormente ser colocados en su sitio, bien transportándolos flotando, arrastrándolos o izándolos. Un caso notable de estos procedimientos fue la instalación del puente Fremont, en Portland, Oregón. (Imagen anterior)
Ø Puente en arco de tablero inferior
Los puentes arco con tablero inferior presentan dos particularidades. La primera de ellas es su comportamiento resistente, ya que es una estructura arco que no transmite cargas horizontales a la cimentación al estar atirantada en el tablero. Además mantiene la relación entre la rigidez del arco y la rigidez del tablero, fundamental ante respuestas no simétricas.
Los arcos de tablero inferior o de paso inferior, son usados especialmente cuando la rasante del camino es muy baja y por razones de estética se desea construir un arco, en el que todas las péndolas trabajan en tracción. Normalmente la solución de este tipo de arcos es con tirantes, caso en el que se los conoce como arcos atirantados.
Ø Puente en arco de tablero superior
Los arcos de tablero superior o de paso superior, son cuando los arcos están por debajo del tablero. Éste es el tipo más usual de arcos verdaderos y se emplean cuando la quebrada que se desea salvar es profunda y otras veces cuando se desea ganar gálibo para permitir el paso de los barcos si el río es navegable.
E. Procesos constructivos
Como siempre, lo primero es determinar el número de vigas necesarias para la estructura, lo cual depende de la luz a salvar por el vano del puente y del ancho del tablero. De manera orientativa se puede echar mano al siguiente gráfico:
Grafico 2. Numero de vigas a disponer según el ancho del tablero y la luz del vano
Sabiendo ya el número de vigas necesarias se puede proceder a optar por un modo de construcción del puente ya que hay muchos tipos el cual están descritos a continuación:
· Construcción por voladizos sucesivos:
Hace referencia a un procedimiento de construcción utilizado con frecuencia en grandes puentes. El método consiste en construir la superestructura a partir de las pilas o pilones, agregando tramos parciales que se sostienen del tramo anterior. Esta maniobra se realiza de manera más o menos simétrica a partir de cada pilón, de manera que se mantenga equilibrado y no esté sometido a grandes momentos capaces de provocar su vuelco.
Puede utilizarse en puentes construidos con cualquier material, aunque lo común es que se reserve para puentes viga de sección hueca construidos en hormigón potenzado, en los cuales las secciones parciales se construyen en el sitio mediante la técnica de encofrado deslizante o se construyen como dovelas prefabricadas que se llevan a su sitio mediante grúas de gran porte.
· Construcción sobre cimbras:
La cimbra es una estructura auxiliar que sirve para sostener provisionalmente el peso de un arco o bóveda, así como de otras obras de cantería, durante la fase de construcción. Suele ser una cercha de madera. Esta estructura, una vez montadas las dovelas y la clave se desmonta, en una operación denominada: descimbrado.
Las cimbras auto portantes suelen emplearse en puentes con muchos vanos de luces moderadas. Se trata de una viga metálica que se apoya en las pilas del puente y que permite la construcción completa de uno o varios vanos. Posteriormente la cimbra se traslada horizontalmente apoyándose en las pilas del puente hasta el vano siguiente. Este procedimiento permite un ritmo elevado de construcción, similar al de las vigas prefabricadas.
· Construcción por abatimiento:
Consiste en la construcción vertical de los semiarcos, y una vez terminados, abatirlos mediante un giro alrededor de su extremo inferior. Posteriormente, y una vez situados en su posición, se procede al cierre en clave. Para la realización de
Este giro es necesario desplazar inicialmente el conjunto mediante cilindros hidráulicos dispuestos horizontalmente, hasta que el peso del semiarco actué a favor, creando un efecto de desequilibrio que facilita el proceso, momento a partir del cual resulta preciso el empleo de retenidas para lograr un descenso controlado del conjunto.
Cada uno de los semiarcos quedaba sometido a esfuerzos de flexión, crecientes al incrementar su proyección horizontal, por lo que aparecen puntos de retenida importantes en posiciones intermedias que, en su posición final, previo al cierre, se asimilaran enormemente en su consumo de acero a los métodos de avance en voladizo atirantadas.
F. Materiales que se utilizan para la construcción de los puentes
ü Piedra artificial y ladrillo
Históricamente, los puentes de piedra han demostrado ser unos de los más fuertes y duraderos de todos los puentes, pero el corte y procesamiento de la piedra necesaria también los convierte en los más caros de construir. Por lo tanto, la piedra está siendo sustituida por una réplica artificial de la piedra. Una vez más, debido a las limitaciones de costo, su uso se limita a la superficie para los toques estéticos finales, y el ladrillo a menudo reemplaza a la piedra donde las estructuras circundantes también usan predominantemente este material.
ü Hormigón
A pesar de verse suave y sin brillo en la superficie, el hormigón se ha convertido en el material de construcción preferido para casi todas las estructuras del mundo, y los puentes no son una excepción. La capacidad de verter el hormigón en cualquier forma o tamaño lo hace ideal para la construcción de puentes, ya que no necesita de un corte o moldeo. Para añadirle más fuerza, el hormigón es a menudo previamente comprimido y reforzado con acero. En la superficie, el hormigón es propenso a la corrosión por el agua salada y los contaminantes en el aire como el dióxido de carbono y dióxido de azufre. Esto se remedia usando otros materiales para cubrir la superficie.
ü Acero
Aparte de ser utilizado para reforzar el hormigón, el acero es también muy utilizado como un material de construcción primario para puentes. En los cables para los puentes colgantes que se elevan suspendidos, es el principal material utilizado. Las resistencias a la compresión y a la tracción del acero son de 10 a 100 veces el promedio del hormigón, respectivamente, permitiendo que largos tramos de puentes reciban apoyo de un menor número de columnas. Además, siendo un metal, el acero tiene una ductilidad, o capacidad de doblarse, estirarse o deformarse sin romperse, mucho mayor al hormigón. Sin embargo, la corrosión es una preocupación importante, y requiere un revestimiento de aleación para protegerlo de los elementos.
ü Aluminio
Aunque no es tan fuerte como el acero, el aluminio o una de sus aleaciones reforzadas se utilizan como un sustituto para los puentes que no requieren la resistencia del acero. También es resistente a la corrosión y más atractivo estéticamente. Las hojas de aluminio son a veces utilizadas como material para la superficie de los puentes construidos con otros materiales, como se menciona en el artículo "Influencia de los materiales de construcción de puentes".
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