Un puente de marco rígido es un puente en el que la superestructura y la subestructura están conectadas rígidamente para actuar como una unidad continua. Por lo general, la estructura se moldea de manera monolítica , lo que hace que la estructura sea continua desde la plataforma hasta los cimientos . Las conexiones entre miembros son conexiones rígidas que transfieren momentos flectores , fuerzas axiales y fuerzas cortantes . Un diseño de puente que consta de un marco rígido puede proporcionar importantes beneficios estructurales, pero también puede ser difícil de diseñar y / o construir.
Historia
El uso de puentes de estructura rígida comenzó en Alemania a principios del siglo XX y se extendió rápidamente a América. Emílio Henrique Baumgart y Arthur G. Hayden , en particular, ganaron notoriedad por su uso de marcos rígidos de hormigón a principios de la década de 1920. [1] En ese momento, el hormigón armado se usaba comúnmente en el diseño de puentes [2] pero la superestructura se diseñó con apoyos en la subestructura. [1] En el diseño de estructura rígida de hormigón, no hay cojinetes. En cambio, la superestructura se moldea monolíticamente con la subestructura y todo el puente desde la plataforma hasta la base es continuo.
Los ingenieros han encontrado que este tipo de diseño es ventajoso por muchas razones. Los momentos en el centro de la plataforma de un puente de estructura rígida son más pequeños que los momentos correspondientes en una plataforma simplemente apoyada . [3] Por lo tanto, se puede usar una sección transversal mucho menos profunda en la mitad del tramo . [3] Los beneficios adicionales son que se requiere menos espacio para los accesos y los detalles estructurales donde la plataforma se apoya en los estribos no son necesarios. [3] Los ingenieros también han notado algunas desventajas de los puentes de marco rígido. La colocación de barras de refuerzo de acero (barras de refuerzo) puede ser muy difícil y la formación / colocación del hormigón es complicada. [1] Además, los marcos rígidos son estáticamente indeterminados y el análisis es más desafiante que el de las estructuras simplemente apoyadas.
Tipos de puente de marco rígido
Tramo único
Los puentes de marco rígido de un solo tramo suelen estar hechos de hormigón armado y se utilizan comúnmente en avenidas y otras carreteras. [4] Este diseño es un uso eficiente del material ya que la sección transversal en la mitad del tramo es relativamente estrecha y la cantidad de hormigón necesaria en los estribos se reduce. [4] La sección estrecha en la mitad del tramo le da al perfil del puente una ligera forma de arco, lo que hace que este diseño sea particularmente útil cuando se requiere una gran altura libre. El perfil también hace que el puente sea más agradable desde el punto de vista arquitectónico que un puente de vigas . El diseño de marco rígido puede ser el tipo de puente más eficiente para tramos de entre 35 y 80 pies (11 y 24 m). [5] Si se usa acero, la ventaja económica se extiende a tramos de 120 pies (37 m). [5]
En forma de V
Un marco rígido en forma de V es una forma eficiente de soportar un puente más largo donde no es factible usar un solo tramo. Cada pilar en forma de V sostiene la plataforma en dos lugares y solo requiere una base. Los momentos de flexión experimentados en los pilares son mínimos, lo que permite reducciones significativas en el tamaño de la cimentación. [6] Además, la longitud efectiva de cada tramo se acorta en comparación con los tramos de un puente con pilares verticales. [7] Sin embargo, este sistema se usa con menos frecuencia en puentes de estructura rígida porque los pilares deben estar aproximadamente centrados debajo del puente. A menudo, los puentes se extienden sobre carreteras o vías fluviales y la construcción de muelles en esos casos puede ser costosa y desafiante. [8]
Poste de bateador
Los puentes de bastidor rígido de pilastras se definen por sus soportes que van desde el tablero hasta los estribos en ángulo. Este diseño soporta la plataforma de manera similar a los pilares en forma de V, pero difiere en cómo se deben construir los cimientos. Los pilares se apoyan sobre o junto a los estribos, eliminando la necesidad de cimientos directamente debajo del puente. Esto es particularmente ventajoso cuando el puente cruza un río y la construcción de una base en el agua es un desafío. [9] Como resultado, los pilares deben hacerse más grandes o se deben colocar cimientos adicionales junto a los pilares.
Avances recientes
En los últimos años, la mayoría de las investigaciones sobre puentes de armazón rígido están relacionadas con el reacondicionamiento de estructuras existentes para cumplir con las nuevas especificaciones sísmicas . [10] Esta investigación a menudo encuentra que la cantidad de refuerzo requerida en las juntas de viga a columna necesita aumentarse en estructuras de hormigón. En muchos puentes, la cantidad de acero requerida por el código sísmico provoca congestión en las juntas. [10] Para aliviar esto, se pueden utilizar fibras de acero como refuerzo para mejorar la unión entre las barras de refuerzo y el hormigón circundante. [10] Las pruebas han demostrado que mediante el uso de hormigón reforzado con fibra de acero, la longitud de anclaje de la barra de refuerzo se puede reducir al tiempo que se mejoran las capacidades de corte y flexión. [10] La longitud de anclaje reducida requerida reduce la congestión en las juntas de viga a columna.
Otro avance es el uso de hormigón pretensado . El hormigón pretensado es un avance importante en la ingeniería del hormigón y se ha utilizado eficazmente en la construcción de puentes de estructura rígida. [11] Esto es notable porque ya era un desafío colocar armaduras estándar en un puente de estructura rígida de hormigón. Pretensar las barras de refuerzo es más difícil, pero se demostró que aún es factible. [11] El hormigón pretensado es útil en la construcción de puentes porque tiene una mayor resistencia a la tracción que el hormigón armado tradicional, lo que permite tramos de puentes más largos.
Referencias
- ^ a b c Departamento de transporte de Maryland, "Puentes de marco rígido" , Marylandroads.com
- ^ Encyclopædia Britannica, "Hormigón armado" , noviembre de 2014
- ^ a b c Asociación de cemento Portland, "Análisis de puentes de hormigón de estructura rígida" , Chicago, 1936.
- ^ a b Departamento de transporte de Carolina del Norte, "Puentes de marco rígido de hormigón armado" , junio de 2013
- ^ a b Departamento del Interior de Estados Unidos, "Hoja de continuación del Registro Nacional de Lugares Históricos", p. 11
- ^ "Copia archivada" . Archivado desde el original el 25 de junio de 2011 . Consultado el 5 de noviembre de 2014 .CS1 maint: copia archivada como título ( enlace )
- ^ Antónia Királyföld, Gábor Pál "ESTRUCTURAS DE HORMIGÓN PUENTES MARCO SOBRE SOPORTES EN V" , Fib.bme.hu, 2012.
- ^ "Crutón" . Crouton.net . Consultado el 3 de agosto de 2017 .
- ^ Foro de ingeniería económica de Oriente Medio, "Puente de marco rígido" , noviembre de 2014
- ^ a b c d Kabit, Shakya et. al , Aplicación de fibras de acero en uniones viga-columna de puentes ferroviarios de estructura rígida para reducir las barras de refuerzo longitudinales y cortantes, Materiales de construcción y construcción, vol. 27, número 1, págs. 482-489, febrero de 2012.
- ^ a b Shun Bo Zhao, Shi Ming Liu, Xiao Ke Li, "Diseño de puente de marco rígido continuo de hormigón pretensado con muelles en forma de V" , Mecánica aplicada y materiales, Vol.201-202, octubre de 2012.