Puente de vigas

Un puente de vigas es un puente que utiliza vigas como medio para soportar su tablero . ^{[ 1 ]} Los dos tipos más comunes de puentes de vigas de acero modernos son los de placa y los de cajón.

El término «viga» se usa a menudo indistintamente con «viga» en referencia al diseño de puentes. ^{[ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]} Sin embargo, algunos autores definen los puentes de vigas de forma ligeramente diferente a los puentes de vigas. ^{[ 6 ]}

Una viga puede ser de hormigón o acero. Muchos puentes cortos, especialmente en zonas rurales donde pueden estar expuestos a inundaciones y corrosión, utilizan vigas cajón de hormigón. El término "viga" se usa normalmente para referirse a una viga de acero. En un puente de vigas, las vigas mismas son el soporte principal del tablero y son responsables de transferir la carga a la cimentación. El tipo de material, la forma y el peso influyen en la cantidad de peso que puede soportar una viga. Debido a las propiedades del momento de inercia , la altura de una viga es el factor más significativo que afecta su capacidad de carga. Mayores luces, mayor tráfico o mayor separación entre las vigas resultarán directamente en una viga más profunda. En puentes de celosía y de arco , las vigas siguen siendo el soporte principal del tablero, pero la carga se transfiere a través de la celosía o el arco a la cimentación. Estos diseños permiten que los puentes abarquen mayores distancias sin que la profundidad de la viga aumente más allá de lo práctico. Sin embargo, con la inclusión de una celosía o un arco, el puente deja de ser un verdadero puente de vigas.

Los puentes de vigas existen desde hace milenios en diversas formas, según los recursos disponibles. Los tipos más antiguos son los de vigas , arcos y puentes giratorios , que aún se construyen hoy en día. Estos puentes han sido construidos por el ser humano desde la antigüedad, con un diseño inicial mucho más simple que el que utilizamos actualmente. Con el avance de la tecnología, los métodos se perfeccionaron y se basaron en el uso y la manipulación de roca, piedra, mortero y otros materiales para lograr mayor resistencia y durabilidad.

En la antigua Roma , las técnicas para construir puentes incluían clavar postes de madera que servían como pilares y luego rellenar el espacio entre ellos con diversos materiales de construcción. Los puentes construidos por los romanos eran, en aquel entonces, sencillos pero muy fiables y resistentes, y cumplían una función muy importante en la vida social.

Con el paso del tiempo y el desarrollo de la Revolución Industrial , se empezaron a utilizar nuevos materiales con propiedades físicas mejoradas; y el hierro forjado fue sustituido por acero debido a la mayor resistencia y al mayor potencial de aplicación de este último.

Todos los puentes constan de dos partes principales: la subestructura y la superestructura. La superestructura abarca desde los apoyos hacia arriba; es la que soporta las cargas y la parte más visible del puente. La subestructura es la base que transfiere las cargas de la superestructura al terreno. Ambas deben trabajar conjuntamente para crear un puente resistente y duradero.

La superestructura consta de varias partes:

• La calzada es la superficie de la carretera o acera. En aplicaciones viales, suele ser una losa de hormigón armado , pero también puede ser una rejilla de acero o tablones de madera. La calzada incluye los carriles, medianas, aceras, parapetos o barandillas, y elementos diversos como el drenaje y la iluminación.
• La estructura de soporte consta del sistema de acero u hormigón que sostiene el tablero. Esto incluye las vigas, los diafragmas o arriostramientos transversales y, si corresponde, el sistema de celosía o arco. En un puente de vigas, esto incluiría únicamente las vigas y el sistema de arriostramiento. Las vigas son el soporte principal de la carga, mientras que el sistema de arriostramiento permite que las vigas actúen conjuntamente como una unidad y evita que se vuelquen.
• La función de los apoyos es permitir que la superestructura se mueva con cierta independencia respecto a la subestructura. Todos los materiales se dilatan y contraen naturalmente con los cambios de temperatura; si un puente fuera completamente rígido, esto generaría tensiones innecesarias en la estructura y podría provocar fallos o daños. Al fijar la superestructura en un extremo, mientras se permite que el otro extremo del tramo se mueva libremente en sentido longitudinal, se reducen las tensiones térmicas y se prolonga la vida útil del puente.

La subestructura también está compuesta por varias partes:

• Un estribo es una base que transfiere la estructura del puente a la calzada o acera sobre terreno firme. Un pilar es un soporte intermedio.
• La zapata es la parte que soporta las almohadillas de apoyo. Dependiendo del tipo de estructura de soporte, puede haber o no una zapata. Los pilares de pared y los estribos cortos no requieren zapata, mientras que los pilares de varias columnas, de cabeza de martillo o de pilotes doblados sí la tendrán.
• El fuste o vástago es el cuerpo principal de la cimentación. Transfiere la carga desde la superestructura, a través de la zapata, hasta la base.
• La zapata es la estructura que transfiere las cargas al terreno. Existen dos tipos principales de sistemas: una zapata corrida, que consiste en una simple losa de hormigón apoyada sobre la roca madre; o una zapata de pilotes, que utiliza pilotes de acero para alcanzar la roca madre sana, que puede encontrarse a gran profundidad. Otro sistema utiliza cajones o pilares de hormigón armado situados debajo del fuste.

• Una viga de acero laminado es una viga que se ha fabricado haciendo pasar un cilindro de acero en bruto a través de una serie de matrices para crear la forma deseada. Estas crean formas estandarizadas de viga en I y viga de ala ancha ^{[ 7 ]} de hasta 100 pies de longitud.
• Una viga de alma llena es una viga fabricada mediante la soldadura de placas para crear la forma deseada. El fabricante recibe grandes placas de acero del espesor requerido y luego corta las alas y el alma de la placa con la longitud y forma deseadas. Las vigas de alma llena pueden tener mayor altura que las vigas de acero laminado y no se limitan a formas estandarizadas. La posibilidad de personalizar una viga según las condiciones de carga exactas permite un diseño de puente más eficiente. Las vigas de alma llena se pueden utilizar para vanos de entre 10 y más de 100 metros (33 a más de 330 pies). En ocasiones, se sueldan rigidizadores entre el ala de compresión y el alma para aumentar la resistencia de la viga.
• Una viga cajón, o viga de sección rectangular, tiene forma de caja, como su nombre indica. Consta de dos almas verticales, alas superiores cortas en la parte superior de cada alma y un ala inferior ancha que las conecta entre sí. Las vigas cajón son especialmente resistentes a la torsión y, aunque son costosas, se utilizan en situaciones donde una viga estándar podría ceder ante la torsión o el vuelco.

• Puente de vigas : el antecesor del puente de placas.
• Puente de vigas de placa
• Puente de viga cajón : una evolución del puente de viga de placa.

• Sistemas estructurales y dimensiones (PDF) - Departamento de Transporte de Montana
• Superestructuras de acero estructural (PDF) - Departamento de Transporte de Montana