Puentes continuos de concreto

Los puentes continuos de concreto de tres, cuatro o cinco tramos, ya sea simplemente apoyados sobre sus pilares o forjando pórticos con ellos se adaptan a la mayoría de los cruces des ríos y creces a desnivel. Para luces grandes (probablemente hasta 50 m.) la viga T continua ofrece una solución muy económica, y para luces menores de 11 m. la losa continua presenta ventajas, en luces que exceda las económicas de las vigas T, los puentes de sección hueca son mas económicos.

Desde que los puentes de viga continua están mejor proporcionados cuando las luces de los tramos interiores es de 1.3 a 1.4 veces la luz de los tramos extremos, para cargas y esfuerzos unitarios en uso común este tipo de puentes se prefiere a uno compuesto de tramos simplemente apoyado, por que los pilares se pueden colocar en el margen del río o al costado de la vía en cruces a desnivel.

En los apoyos interiores solamente se necesita un soporte, reduciéndose por lo tanto el ancho de los pilares, en comparación con los de tramos simplemente apoyados.

Los puentes continuos además necesitan una menor cantidad de juntas de dilatación lo que reduce el primer costo ligeramente y él costo de mantenimiento de las uniones.

En un puente de viga continua bien diseñado, el peralte de las secciones sigue lo más cercanamente posible el requerimiento del momento; variando desde un mínimo en el centro de los tramos a un máximo en los apoyos. De ésta manera se reducen también el efecto del peso propio.

La variación de sección del centro a los apoyos es también favorable a los requerimientos de los esfuerzos.

La reducción en el peralte de tramo particularmente

en el centro da al puente continuo una gran ventajan ventaja tanto arquitectónico como económico desde que los puentes de tablero superior pueden ser usados en reemplazo de los de tablero inferior (generalmente muy falto de estética) cuando se requiere una cierta de peso libre. Además cualquier ensanche futuro puede ser Llevado a cabo con mayor economía.

La mayor luz de los tramos interiores, necesaria por razones estructurales y el acartelamiento delimitado de estos puentes contribuye a una apariencia mas estética. Cuando es necesario por razones de estética, aumentar el peralte en los apoyos sobre la cantidad requerida éstos puede hacerse con un pequeño o ningún costo adicional, por que un decrecimiento comparable se produce en la parte central.

Diseño.

Los pasos más importantes en el diseño de un puente son la organización y disposición de los datos y la selección del tipo de puente. Es aquí en donde la mayor parte de las economías se hace o se pierden.

Relación entre luces de tramos.

Cuando la luz del puente es tal que pueda hacerse de una unidad completa, el número de tramos y sus longitudes relativas están influenciadas por la topografía del lugar, que puede fijar la posición da pilares y estribos o por la libertad suficiente para elegir las posiciones de mayor economía y mejor servicio.

En aquellos lugares donde se pueden colocar los pilares y estribos donde se deseen, la posición de tramo extremo será:

a) Para puentes de losas continuas:

Tramo extremo hasta 12 m……………….1.26

Tramo extremo de 12 a 17 m……………..1.31

b) Para puentes de vigas continuas:

Tramos extremos mayores de 12 m………1.37 a 1.40

Las relaciones anteriores resultan da las relaciones peso muerto a sobrecarga que se obtienen con las cargas tipo de la A.A.S.H.T.O, y carga de trabajo de fs = 1260 kg/cm3 . y fc = 0.40 fc' para el momento positivo y fc = 0.45 fc' para el momento negativo, asumiendo un concreto de fc' = 210 kg/cm3. Por supuesto para cualquier otro tipo de cargas o carga de trabajo habrán ligeras variaciones de estas relaciones

Las relaciones dadas anteriormente son para tableros continuos, que no son monolíticos con sus apoyos. Los tramos vinculados con estas relaciones darán momentos que requieren la misma altura o peralte en la parte central así como igual cantidad de acero, donde de esta manera un diseño balanceado costo mínimo.

Cuando el puente es monolítico con sus apoyos se pueden aumentar algo ésta relación, el aumento que se dé dependerá de la rigidez de los apoyos.

En puentes largos: en zona de inundación, de ríos (zona de desborde), cruces o desniveles muy largos, carreteras súper elevadas, etc. el problema de libertad suficiente para escoger las luces, lo que dará un diseño balanceado. Es deseable estar en esta situación para tener un arreglo práctico del acero y una buena apariencia.

Para puentes vigas, bajo condiciones promedio, la longitud de los tramos extremos, es una serie de tramos continuos que no sean monolíticos con sus apoyos es aproximadamente como sigue para varios tipos de infraestructuras de concreto armado:

Sobre caballetes de pilotes 15 m.

Sobre caballetes tipo pórtico 15 a 20 m.

Sobre pilares sólidos de construcción ligera: 18 a 24 m.

Sobre pilares sólidos dé construcción pesada más dé 24 m.

La longitud económica de los tramos intermedios se obtienen a partir de las relaciones dadas anteriormente.

Tablero monolítico con infraestructura

Existen algunas ventajas en construir el tablero y la infraestructura monolíticas, pero también algunas desventajas que deben ser tenidas en cuenta.

Entre las ventajas:

1º) Puede ser muy útil un aumento en la relación entre la luz del tramo intermedio y el exterior, cuando se necesitan unos metros extras e luz libre, para el paso del curso de agua o carretera inferior.

2º) Reducen los momentos en la parte central y aumentan el momento en el apoyo, lo que origina una reducción en la carga muerta.

3º) La disminución del peralte hace posible una disminución de la altura del puente.

4º) El ancho del pilar puede disminuirse, haciendo mayor la luz libre.

5º) Aumenta la estabilidad de la estructura.

6º) No se hace necesario, el uso de rodillo o cualquier otro dispositivo de apoyo.

7º) Se mejora la apariencia.

Entre las desventajas tenemos:

1º) Los esfuerzos debidos a temperatura se hacen notable y deben ser tenidos en cuenta, sobre todo cuando se trata de pilares pequeños y muy rígidos y las luces son grandes. Igualmente cuando la luz total pasa de 60 m. y la relación de altura a ancho de pilares es menor que doce, los esfuerzos debidos a cambios de volúmenes se hacen grandes.

Mientras que las ventajas parecen derrotar completamente a las desventajas, el aumento en los esfuerzos debidos al cambio de temperatura y retracción pueden hacerse muy grandes y la estructura no económica.

Tramos articulados

Cuando la configuración necesita dos o más grupos de tramos los grupos pueden ser unidos por una articulación cerca del punto de contra-flexión de uno de los tramos extremos de un grupo o puede haber una articulación cerca de cada uno de los puntos de contra-flexión o inflexión.

a) Los tramos de dos grupos pueden hacerse casi tan largo como los tramos intermedios, mejorando la apariencia del puente.

b) Se da la junta de expansión con el tramo y no el pilar.

Si se usa una junta de dilatación en cada punto de contra-flexión la altura del cálculo no aumenta, sin embargo si solamente se coloca una junta de dilatación, por la asimetría ocasionada hay un recargo en la labor de cálculo que está más compensada con el ahorro en el procedimiento de construcción.

Selección del tipo de la estructura.

Antes de hacer un análisis de costo es necesario escoger la infraestructura, los tipos usuales de estas son:

a) Caballetes de pilotes: los pilotes de concreto pueden ser usados en cualquier lugar donde puedan hincarse, excepto donde la relación del pilote es muy grande para las dimensiones y espaciamiento de los pilotes o en aquellos lugares donde son necesarios pilares muy juntos. Para estribos abiertos los pilotes de concreto armado rinden satisfactoriamente.

b) Caballete tipo pórtico: se pueden usar donde no se puedan hincar pilotes o done las reacciones son muy grandes para ellos. Generalmente pueden servir como estribos.

c) Pilares sólidos: son necesarios cuando es indispensable una gran masa para resistir altas fuerzas de viento, hielo o protección contra el tráfico bajo el puente.

d) Estribos cerrados: son necesarios cuando no es posible dada la pequeña longitud construirlo abierto. Son menos económicos que los abiertos.

Cargas.

Se usa para el diseño las especificaciones por la A.A.S.H.T.O; se puede simplificar grandemente el cálculo de momentos y esfuerzos cortantes por el método de líneas de influencia, que se recomienda y es el que usara para el cálculo.

Distribución de cargas de las ruedas.

Todavía no existe un método exacto para el cálculo de la distribución de las cargas de las ruedas sin embargo para propósitos prácticos se pueden obtener resultados satisfactorios distribuyendo las cargas, de la rueda para losas sólidas, de acuerdo con la siguiente fórmula:

E = 0.135 S + 3.2

En la que E es el ancho en pies (máximo 6 pies), en el cual se distribuye la carga de una rueda y S es la longitud del tramo cargado en pies; ésta fórmula se basa en un ancho de vía de 10 pies (3 metros).

En el diseño de puentes vigas considerando la vía de tres metros la porción de carga de llanta que lleva cada viga es Sl/5 en la que S1 es la distancia centro a centro de vigas en pies.

Métodos De Diseño.

El método de análisis se basa en la distribución de momentos o método de Cross.

Momentos de empotramientos y constantes de la viga

La fórmula de los momentos finales (suma de la .serie infinita obtenida e las sucesivas distribuciones y compensaciones Según el método de Cross), tienen en cuenta los siguientes valores.

M Momento de empotramiento (negativos para cargas y alargamientos del tramo y positivo para acortamiento el tramo).

C Factor de compensación de Canny Over (siempre negativo).

D factor de distribución siempre (positivo).

Los valores anteriores dependen de la manera en que varía el momento de inercia entre los apoyos. Las curvas para estos valores, han sido preparadas para miembros simétricos o asimétricos con el trasdós formados por dos arcos de parábolas, con vértice en un mismo punto, el centro del tramo:

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ha y hb son los valores del aumento del peralte a distancias

a y b de la línea central del tramo y se puede obtener a partir de la ecuación de la parábola:

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De las ecuaciones anteriores se puede obtener el peralte del tramo en cualquier punto añadiendo los valores de ha ó hb que es constante.

Para miembros simétricos o asimétricos con acortamiento parabólico o recto existen tablas, para vigas de variación irregular o discontinua, cuando la variación del aumento de inercia es irregular o discontinuo será necesario recurrir a otros métodos por ejemplo la columna equivalente para obtener estas constantes.

Las tablas o ábacos de constantes y momentos de empotramientos han sido preparadas en función de rA y rB y para puentes de losa sólida. Los parámetros son:

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Sin embargo pueden usarse también para vigas T con acartelamiento parabólico, desde que la variación del momento de inercia puede ser reducido a una losa equivalente con un error menor de 1%.

Los valores de rA y rB para una losa equivalente pueden ser obtenidos:

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IA y IB momentos de inercia en extremos , de la viga T.

IC momento de inercia en el centro de la viga T.

En estos valores del momento de inercia no se considera el fierro. En realidad este aumentará los momentos de inercia pero como solo se utilizan valores relativos no tiene influencia apreciable.

Factores de distribución.

Cada factor de distribución: BAB, DBA, DBC,.. etc.. se obtienen como una relación entre la rigidez en el extremo del miembro a la suma de las rigideces de todos los miembros que concurran en el punto, incluyendo el apoyo si el tramo se encuentra rígidamente a él.

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k = Coeficiente de rigidez obtenida de ábacos.

L = Luz del miembro o de los miembros.

Ic = Momento de inercia en el centro de la luz.

E = Módulo de elasticidad del concreto, que puede no ser considerado.

K = Rigidez del miembro o sea el momento necesario para hacer girar el miembro simplemente apoyado a través de un ángulo unidad el otro extremo está empotrado.

Los coeficientes de rigidez obtenidos de los ábacos son para miembros continuos y tienen por lo tanto aplicación para los tramos interiores del puente. Desde que los tramos exteriores son generalmente no continuos, es decir no son monolíticos con el estribo, es necesario corregir la rigidez obtenida de la curva en tal forma que sea aplicable a esos elementos; puede demostrarse que el coeficiente de rigidez en el extremo continuo de una viga no continua en A es:

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En la que kBA = coeficiente de rigidez de la curva.

CAB y CBA = Carry Over de A y B.

Momentos debidos a cambios de longitud.

Cuando el tramo descansa sobre los pilares y no es monolítico con ellos, los cambios de longitud ya sea por temperatura o fraguado no originan momentos en el pilar ni en el tramo.

En el caso que el tramo sea monolítico con dos o más pilares existirán momentos en los puntos de vaciado monolítico debido a la deflexión en la parte superior del pilar con respecto a su base.

El desplazamiento en la zapata es muy problemático dependiendo de luces, carga de trabajo del terreno y tipo de cimentación. Es costumbre determinar el momento en la parte superior del pilar considerando que no hay desplazamiento en la cimentación, este da los mayores momentos en el pilar y aunque disminuye el momento positivo esto no es muy apreciable.