PERIODO 1

ESTRUCTURAS

QUE ES UN PUENTE

Un puente, es una estructura de ingeniería para conectar dos extremos, PERO un puente afecta la cultura, educación, salud, comunicación, trabajo, conectividad, desarrollo, sociabilidad e historia.

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, un camino, una vía férrea, un cuerpo de agua, o cualquier obstrucción. El diseño de cada puente varía dependiendo de su función y la naturaleza del terreno sobre el que el puente es construido. Su proyecto y su cálculo pertenecen a la ingeniería estructural, siendo numerosos los tipos de diseños que se han aplicado a lo largo de la historia, influidos por los materiales disponibles, las técnicas desarrolladas y las consideraciones económicas, entre otros factores.

Las características de los puentes están ligadas a las de los materiales con los que se construyen:

• Los puentes de madera, aunque son rápidos de construir y de bajo coste, son poco resistentes y duraderos, ya que son muy sensibles a los agentes atmosféricos, como la lluvia y el viento, por lo que requieren un mantenimiento continuado y costoso. Su bajo coste (debido a la abundancia de madera, sobre todo en la antigüedad) y la facilidad para labrar  la madera pueden explicar que los primeros puentes construidos fueran de madera. 
• Los puentes de piedra o ladrillo, de los que los romanos fueron grandes constructores, son tremendamente resistentes, compactos y duraderos, aunque en la actualidad su construcción es muy costosa. Los cuidados necesarios para su mantenimiento son escasos, ya que resisten muy bien los agentes climáticos. Desde el hombre consiguió dominar la técnica del arco este tipo de puentes dominó durante siglos. Sólo la revolución industrial con las nacientes técnicas de construcción con hierro pudo amortiguar este dominio.
• Los puentes metálicos (de hierro, acero, aluminio, etc) son muy versátiles, permiten diseños de grandes luces, se construyen con rapidez, pero son caros de construir y además están sometidos a la acción corrosiva, tanto de los agentes atmosféricos como de los gases y humos de las fábricas y ciudades, lo que supone un mantenimiento caro. El primer puente metálico fue construido en hierro en Coolbrookdale (Inglaterra)
• Los puentes de hormigón armado o concreto son de montaje rápido, ya que admiten en muchas ocasiones elementos prefabricados, son resistentes, permiten superar luces mayores que los puentes de piedra, aunque menores que los de hierro, y tienen unos gastos de mantenimiento muy escasos, ya que son muy resistentes a la acción de los agentes atmosféricos.
  

  
  

  TAMBIÉN EXISTEN PUENTES DE PLÁSTICO...
  

  

  Gales se convirtió en el primer sitio en Europa que cuenta con un puente construido completamente de plástico, gracias a un nuevo proceso de reciclaje ideado por la compañía Vertech Limited y en cuyo diseño y construcción participaron la empresa Dawyck Estates Ltd, la Escuela de Ingeniería de la Universidad de Cardiff, la compañía diseñadora de puentes Cass Hayward LLP y el Centro de Diseño Avanzado de Materiales de Polímeros de Rutgers University.

  El profesor Nosker descubrió que al combinar residuos de botellas con polipropileno (el que se mezcla con fibra de vidrio de la industria automotriz) o con poliestireno y procesarlos de una manera en particular, se lograba maximizar los beneficios propios de ambos materiales por la forma en que logran interactuar a nivel molecular.

  Aparte de las ventajas propias del reciclaje la construcción de puentes de materiales plásticos reduce significativamente los costos tanto para su construcción, como para su mantenimiento ya que no lo requiere (ni siquiera es necesario pintarlo).

  En la construcción del puente inaugurado en Gales se utilizaron 50 toneladas de residuos plásticos, los que dieron vida a un viaducto de 27 metros de largo capaz de soportar el paso de vehículos de gran tamaño y peso.

Los puentes son estructuras que los seres humanos han ido construyendo a lo largo de los tiempos para superar las diferentes barreras naturales con las que se han encontrado y poder transportar así sus mercancías, permitir la circulación de las gentes y trasladar sustancias de un sitio a otro.Dependiendo el uso que se les dé, algunos de ellos reciben nombres particulares, como acueductos, cuando se emplean para la conducción del agua, viaductos, si soportan el paso de carreteras y ferreos, si soportan el paso de vías férreas, y pasarelas o peatonales, están destinados exclusivamente a la circulación de personas.

CLASIFICACIÓN COMPLETA DE LOS PUENTES

Los puentes se pueden clasificar en diferentes tipos, de acuerdo a diversos conceptos como el tipo de material utilizado en su construcción, el sistema estructural predominante, el sistema constructivo utilizado, el uso del puente, la ubicación de la calzada en la estructura del puente, etc.

Según el material empleado

Según el material empleado en la construcción del puente pueden ser de:

• mampostería
• madera
• hormigón armado
• hormigón pretensado
• acero
• hierro forjado
• compuestos

La estructura de un puente no está constituida de un único material, por lo cual, esta clasificación difícilmente se adapta a la realidad. Por ejemplo, los puentes de arcos hechos con mampostería de ladrillos, normalmente tienen las bases construidas con mampostería de piedra ya que de este modo resultan más consistentes y más duraderos al embate de las aguas de un río.

Según el obstáculo que salvan

Según el obstáculo que salvan los puentes pueden ser:

• acueductos: soportan un canal o conductos de agua.
• viaductos: puentes construidos sobre terreno seco o en un valle y formados por un conjunto de tramos cortos.
• pasos elevados: puentes que cruzan autopistas, carreteras o vías de tren.
• carretera elevada: puente bajo, pavimentado, sobre aguas pantanosas o en una bahía y formado por muchos tramos cortos.
• alcantarillas: un puente por debajo del cual transitan las aguas negras o de lluvia
• puente: cuando salvan como obstaculo, una corriente de agua o un rio.

Según el sistema estructural

Según el sistema estructural predominante pueden ser:

• isostáticos
• hiperestáticos

Aunque esto nunca será cierto al menos que se quisiera lograr con mucho empeño, todos los elementos de un puente no podrán ser isostáticos, ya que por ejemplo un tablero apoyado de un puente está formado por un conjunto altamente hiperestático de losa de calzada, vigas y diafragmas transversales (separadores), cuyo análisis estático es complicado de realizar.

Este tipo de clasificación es cierta si se hacen algún tipo de consideraciones, como por ejemplo:

Se denomina "puente isostático" a aquel cuyos tableros son estáticamente independientes uno de otro y, a su vez, independientes, desde el punto de vista de flexión, de los apoyos que los sostienen.

Se denomina "puente hiperestático" aquel cuyos tableros son dependientes uno de otro desde el punto de vista estático, pudiendo establecerse o no una dependencia entre los tableros y sus apoyos.

Según el sistema estructural

También según el sistema estructural los puentes se pueden clasificar como:

• Puentes en arco o arqueados (el elemento estructural predominante es el arco, utilizando como material de construcción el acero y que pueden ser estáticos o hiperestáticos). Pueden ser de:
  • tablero superior
  • acero con tímpano de celosía
  • arcadas y de hormigón
  • con tímpano abierto o macizo
  • tablero inferior, discurriendo la calzada entre los arcos, paralelos o no, con diversos tipos de sujeción.
• Puentes colgantes. Constan de un tablero suspendido en el aire por dos grandes cables, que forman sendas catenarias, apoyadas en unas torres construidas sobre las pilas. El tablero puede estar unido al cable por medio de péndolas o de una viga de celosía. Existen diversos puentes colgantes con luces superiores a 100
• Puentes de vigas Gerber (tienen tableros isostáticos apoyados sobre voladizos de tramos isostáticos o hiperestáticos).

Según su destino

Según su destino los puentes pueden ser:

• viaductos
• para carretera
• para ferrocarril
• compuestos
• acueducto (soporte de tuberías de agua, gas, petróleo, etc.)
• pasarelas: pequeños puentes para peatones.

Según el anclaje

Según el anclaje:

• Puentes fijos: aparecen anclados de forma permanente en las pilas. Dentro de este tipo estan los puentes de placas, cuya armadura es una plancha de hormigón armado o pretensado que salva la distancia entre las pilas. Es una construcción bastante usual en las autopistas.
• Puentes móviles: pueden desplazarse en parte para dar paso a embarcaciones
• Puentes de pontones: apoyados sobre soportes flotantes, generalmente móviles, y se usan poco.

Según el sistema constructivo

Según el sistema constructivo empleado. Está clasificación generalmente se refiere al tablero:

• vaciado en sitio: si la colada de concreto se hace sobre un encofrado dispuesto en el lugar definitivo.
• losa de concreto armado o postensado sobre vigas prefabricadas (de concreto armado o precomprimido vigas metálicas, etc.).
• tablero construido por voladizos sucesivos (por dovelas prefabricadas o vaciadas en sitio); puede ser construido por adición sucesiva de elementos de acero, soldados 6 empernados.
• tablero atirantados
• tablero tipo arpa, con doble fila de soporte o una sola fila
• tablero lanzado (el tablero se construye en uno de los extremos del vano a cubrir y se lleva a su sitio deslizándolo sobre rodillos, suplementando el extremo delantero de la estructura con un elemento estructural auxiliar, llamado nariz de lanzamiento)

Según la ubicación de la calzada

Según la ubicación de la calzada los puentes pueden ser:

• de calzada superior: cuando la estructura portante tablero está ubicada íntegramente debajo de la calzada.
• de calzada inferior: son los tableros cuya estructura portante está ubicada a los lados de la calzada sobresaliendo de su superficie o que esté ubicada por encima de la misma.

Hay puentes que tienen estructura por encima de calzada en algunos sectores y por debajo de ella en otros. Ejemplos de ello lo constituyen el puente sobre la Bahía de Sydney o el puente Forth en Escocia.

Los puentes de doble nivel de calzada constituyen una mezcla auténtica de los dos tipos de calzada y un ejemplo lo son el puente de la bahía de Oakland o el puente de Brooklin.

• Puentes en esviaje. Se dice que el tablero de un puente tiene "esviaje" o que está construido en esviaje, cuando la forma en planta del tablero no es rectangular, lo que quiere decir que los apoyos del tablero forman un ángulo distinto a 90º con el eje longitudinal del tablero. El esviaje en tablero complica los análisis, el diseño y la construcción de un puente.
• Alcantarillas: son estructuras menores, aunque pueden llegar a alcanzar cierta importancia en función de circunstancias específicas.
  Se utilizan como pasos a través de terraplenes, por lo cual quedan enterradas detectándose su presencia por los cabezales que asoman en cada extremo por prolongación de la misma alcantarilla.
  Se diferencian 4 tipos:
  • Alcantarillas de cajón:
    formadas por dos paredes laterales, tapa y fondo, generalmente de sección constante y cartelas en las esquinas. Algunas veces no tienen relleno encima por lo cual las cargas rodantes estarán en contacto con la lo. de tapa; otras veces tienen relleno encima, no mayor de unos 8 mts A menor tamaño del cajón, el relleno puede ser mayor.
  • Alcantarillas circulares:
    Son tubos enterrados, diámetros no menores de 90 cm, para facilitar Sin limpieza;. tubos de diámetros grandes son muy costosos.
  • Bóvedas de concreto armado.
    Son estructuras que resisten grandes rellenos encima de su techo.  Casi siempre formadas  por secciones de espesores variables y con geometría de arcos circulares 6 parabólicos.
  • Alcantarillas metálicas.
    Formadas por chapas acanaladas, de acero galvanizado, premoldeadas para formar tubos de diámetro, previsto.  Funcionan como estructuras elásticas ó flexibles, por lo cual se adaptan a las presiones del relleno que soportan.

Según el fundamento arquitectónico

Según el fundamento arquitectónico utilizado, los puentes pueden ser:

• colgantes
  • con armadura superior
  • con armadura inferior
• atirantados
  • con forma de arpa
  • con forma de abanico
  • con forma de haz
• en arco
  • superior
  • inferior
  • a nivel intermedio
• móviles
  • giratorio
  • basculante
  • levadizo
• losa maciza
  • un tramo
  • varios tramos (isostática e hiperestática)
  • articulado o gerber
• con vigas simplemente apoyadas
  • un tramo
  • varios tramos
  • articuladas o gerber
  • articuladas o gerber con pilas tipo consolas
  • losa apoyada en vigas cajón
• pórticos
  • empotrados
  • trilátero biarticulado
  • con soportes inclinados
  • de pórticos triangulados
• armadura metálica
  • armadura y arriostramiento inferior
  • armadura y arriostramiento superior
  • tipo Bayley
• compuestos

Otros tipos

• Puentes de vigas simples: salvan las luces mediante vigas paralelas, generalmente de hierro o de hormigón pretensado, y sobre cuya ala superior está la superficie de rodadura.
• Puentes de vigas compuestas: están formados por dos vigas laterales , compuestas por alas de chapa soldadas perpendicularmente a otra que sirve de alma; permiten grandes luces y pueden ser de tablero superior o inferior
• Puentes de armadura en celosía: son semejantes a los anteriores, pero con vigas en celosía, con elementos de acero soldado o remachado; permiten grandes luces y admiten diversas modalidades, tanto en tablero superior como inferior.
• Puentes continuos: poseen una superestructura rígida, de vigas en celosía (de acero de alma llena u hormigón), apoyada en tres o más pilas; admiten grandes luces, pero son muy sensibles a los asientos de las pilas.
• Puentes cantiléver: constan esquemáticamente de dos voladizos simétricos que salen de dos pilas contiguas, uniéndose en el centro por unas vigas apoyadas y suelen anclarse en los estribos simétricamente opuestos respecto al centro. los puentes cantiléver presenta diversas construcciones, en arco o viga, de acero u hormigón, y pueden salvar grandes luces, sin necesidad de estructuras auxiliares de apoyo durante su construcción.
• Puentes móviles: están construidos sobre las vías de navegación y permiten el paso de los barcos, desplazando una parte de la superestructura. Los puentes levadizos son sencillos y prácticos para luces no muy grandes. El más usado es el de tipo basculante, formado por uno o dos tableros, apoyados por un eje en las pilas y convenientemente contrapesados, que se elevan por rotación sobre el eje. Suelen construirse en acero, pero se han hecho ensayos con metales ligeros (duraluminio).
• Puentes de elevación vertical: se usan para mayores luces y constan de una plataforma, que se eleva verticalmente mediante poleas siguiendo unas guías contiguas; la plataforma suele ser de acero con vigas de celosía o de alma llena.
• Puentes giratorios: constan de una plataforma apoyada en una pila y capaz de girar 90º, dejando abiertos a cada lado un canal de circulación. Sólo usados para pequeñas luces, como los anteriores, son movidos, generalmente, por motores eléctricos.

Los puentes más grandes

Puente de vigas isostático en un tramo

Puente de vigas isostático en varios tramo

Puente de losa maciza de concreto armado

Puente con armadura metálica y arriostramiento inferior.

Puente con armadura metálica inferior tipo Bayley.



que es una estructura?

Una estructura es una organización de cuerpos dispuestos en el espacio de modo que el concepto del todo domina la relación entre las partes”.Según esta definición vemos que una estructura en un ensamblaje o unión de elementos que mantiene su forma y su unidad.

Sus objetivos son: resistir cargas resultantes de su uso y de su peso

propio y darle forma a un cuerpo, obra civil o maquina.

Ejemplos de estructuras son: puentes, torres, edificios, estadios, techos,barcos, aviones, maquinarias, presas y hasta el cuerpo humano.

Una estructura se puede definir como un conjunto de elementos simples dispuesto de tal forma que permitan soportar pesos y cargas, sin romperse, ni sufrir deformaciones excesivas de otras partes del sistema o mecanismo. La mayoría de los objetos fabricados por las personas disponen de una estructura. Puedes reconocer muchas estructuras a simple vista, como la de una grúa, un taburete, una antena de televisión o una bicicleta. También existen estructuras naturales. Por ejemplo, esqueletos, conchas, panales, estalactitas, troncos de arboles, caparazon de tortugas etc.

Una estructura  es un elemento o conjunto de elementos unidos entre si con la finalidad de soportar diferentes tipos de esfuerzos. Las estructuras, ademas de soportar diferentes tipos de fuerzas (cargas), tambien han de soportar propio peso y han de ser resistentes para que no se desmoronen ni vuelquen. Las estructuras han de ser resistentes, ligeras y estables. Los elementos presentes en la mayoria de las estructuras son las barras. Por lo general, las barras no son macizas; se elimina material de las zonas donde estas no oponen resistencia al esfuerzo, con lo cual se reduce su peso. Las barras soportan esfuerzos de compresion cuando estan colocadas en posicion horizontal, apoyadas en sus extremos.

TIPOS DE ESTRUCTURAS  SEGUN SU MATERIAL Si observas detenidamente las estructuras están hechas con diferentes materiales, formas y dimensiones, se pueden clasificar en:

DE METAL (ACERO, HIERRO, ALUMINIO)
DE FIBRAS NATURALES (MADERA, CUERDAS)
DE MATERIAL CERAMICO (CONCRETO. LADRILLO, PIEDRA U HORMIGON)
DE MATERIALES PLÁSTICOS.

 
TIPOS DE ESTRUCTURAS SEGUN SU forma de CONSTRUCCION
 Laminar Los automoviles se arman con laminas de acero y si observas se ensamblan paneles a los que se le ha dado forma.
 De armazón  Las torres eléctricas, las antenas de comunicaciones, las torres de celulares o de radio se construyen con perfiles o barras metalicas, atornilladas unas con otras.
 De hormigón armado  Los edificios  y puentes modernos se construyen con este tipo de estructura (cimientos, pilares y vigas de hormigón armado).
 Vigas metálicas  Naves industriales empleadas en edificaciones o puentes.

  

TIPOS DE ESTRUCTURAS SEGUN SU ORIGEN

 ESTRUCTURAS SEGUN SU MOVILIDAD

 

FUERZAS SOBRE UNA ESTRUCTURA 

PARTES DE UNA ESTRUCTURA

CERCHAS

El principio fundamental de las cerchas es unir elementos rectos para formar triángulos.Esto permite soportar cargas transversales, entre dos apoyos, usando menor cantidad de material que el usado en una viga, pero con el inconveniente de que los elementos ocupan una altura vertical considerable. LAS CERCHAS O ARMADURAS SON ELEMENTOS ESTRUCTURALES  metalicos o de madera USADOS EN LA CONSTRUCCION DE TECHOS EN EDIFICACIONES O EN LA CONSTRUCCION DE PUENTES

PERFILES

Los perfiles de las estructuras

  Las barras que componen las estructuras se fabrican en diferentes formas, a la sección transversal perpendicular al eje longitudinal se le denomina perfil.    Dependiendo del material del que está construida la barra, la obtención de un determinado perfil se realizará por un procedimiento u otro.

    En las barras metálicas los procesos más usados para la obtención de perfiles son:

• Mediante un molde: consiste en la fabricación de un molde (de acero, escayola, de cera etc), sobre el que se vierte el material al que se le va a dar forma. Se utiliza por ejemplo para la fabricación de prefabricados de hormigón, fundiciones, etc.
• Laminación: consistente en hacer pasar al material base (acero, aluminio) por una serie de rodillos que irán poco a poco dándole la forma apropiada. Para facilitar el proceso, se calientan los metales, de forma que sean más maleables. Mediante la laminación se consiguen piezas como planchas, vigas, redondos, traviesas, etc.
• Extrusión: el metal extrusionado tiene que ser fácilmente maleable, de forma que se le empuja a través de un orificio que tiene la forma del perfil que queremos obtener.

Formas más comunes:

    Las formas más habituales son las que te mostramos en la siguiente figura:

TRIANGULACIÓN DE ESTRUCTURAS.     Existen muchas estructuras que están formadas a base de triángulos unidos entre sí. Este tipo de estructuras, que adquieren una gran rigidez, tienen infinidad de aplicaciones.     El triángulo es el único polígono que no se deforma cuando actúa sobre él una fuerza, es decir proporcion rigidez a una estructura. Al aplicar una fuerza de compresión sobre uno cualquiera de los vértices de un triángulo formado por tres vigas, automáticamente las dos vigas que parten de dicho vértice quedan sometidas a dicha fuerza de compresión, mientras que la tercera quedará sometida a un esfuerzo de tracción. Cualquier otra forma geométrica que adopten los elementos de una estructura no será rígida o estable hasta que no se triangule.     En este sentido, podemos observar cómo las estanterías metálicas desmontables llevan para su ensamblado unas escuadras o triángulos, que servirán como elemento estabilizador al atornillarse en los vértices correspondientes. Análogamente, en los andamios de la construcción se utilizan tirantes en forma de aspa, que triangulan la estructura global y le confieren rigidez. A continuación puedes observar cómo se pueden convertir en estructuras  rígidas un cuadrado y un pentágono.     A base de triangulación se han conseguido vigas de una gran longitud y resistencia, que se llaman vigas reticuladas o arriostradas y que se emplean profusamente en la construcción de grandes edificaciones que necesitan amplias zonas voladas y sin pilares, así como en la de puentes de una gran luz. Las vigas de este tipo tienen una mayor resistencia que las vigas macizas. En las casetas de feria se pueden observar, durante los procesos de montaje y desmontaje, los triángulos que soportan el peso de la lona que las cubre. Estos triángulos se denominan cerchas. También es comprensible ya porque se utilizan tirantes o travesaños en la diagonal de puertas de jardín o cancelas. Las grúas tan frecuentes en las proximidades de las grandes ciudades son estructuras desmontables reforzadas con multitud de triángulos.