Un puente de estructura rígida 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 fabrica monolíticamente , lo que hace que la estructura sea continua desde la plataforma hasta los cimientos . Las conexiones entre miembros son conexiones rígidas que transfieren momento flector , fuerzas axiales y fuerzas cortantes . Un diseño de puente que consista en un marco rígido puede proporcionar importantes beneficios estructurales, pero también puede ser difícil de diseñar y/o construir.
El uso de puentes de estructura rígida comenzó en Alemania a principios del siglo XX y rápidamente se extendió a América. Emílio Henrique Baumgart y Arthur G. Hayden, en particular, adquirieron notoriedad por el uso de marcos rígidos de hormigón a principios de la década de 1920. [1] : 149 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] : 149 En el diseño de estructura rígida de hormigón, no hay cojinetes. En cambio, la superestructura se funde monolíticamente con la subestructura y todo el puente, desde la plataforma hasta la base, es continuo.
Los ingenieros han encontrado ventajoso este tipo de diseño por muchas razones. Los momentos en el centro del tablero de un puente de estructura rígida son menores que los momentos correspondientes en un tablero simplemente apoyado . [3] Por lo tanto, se puede utilizar 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 no son necesarios detalles estructurales donde la plataforma se apoya en los estribos . [3] Los ingenieros también han notado algunas desventajas de los puentes de estructura rígida. La colocación de barras de refuerzo de acero (rebars) puede resultar muy difícil y el conformado/colocación del hormigón complicado. [1] : 153 Además, los pórticos rígidos son estáticamente indeterminados y el análisis es más desafiante que el de estructuras simplemente apoyadas.
Los puentes de estructura rígida de un solo tramo generalmente están hechos de hormigón armado y se usan 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 un gran espacio libre. El perfil también hace que el puente sea más atractivo arquitectónicamente que un puente de vigas . El diseño de estructura rígida puede ser el tipo de puente más eficiente para luces de entre 35 y 80 pies (11 y 24 m). [5] Si se utiliza acero, la ventaja económica se extiende a luces de 120 pies (37 m). [5]
Un marco rígido en forma de V es una forma eficaz de soportar un puente más largo donde no es factible utilizar un solo tramo. Cada pilar en forma de V sostiene la plataforma en dos lugares y solo requiere una base. Los momentos flectores experimentados en las pilas 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 pilas 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. [ cita necesaria ]
Los puentes de estructura rígida de postes se definen por sus soportes que van desde el tablero hasta los estribos en ángulo. Este diseño sostiene la plataforma de manera similar a los pilares en forma de V, pero difiere en la forma en que se deben construir los cimientos. Los pilares se apoyan sobre los estribos o junto a ellos, eliminando la necesidad de cimientos directamente debajo del puente. Esto es particularmente ventajoso cuando el puente cruza un río y construir una base en el agua es un desafío. [8] Por lo tanto, es necesario agrandar los estribos o colocar cimientos adicionales junto a los estribos.
En los últimos años, la mayor parte de la investigación sobre puentes de estructura rígida está relacionada con la adaptación de estructuras existentes para cumplir con nuevas especificaciones sísmicas . [9] Esta investigación a menudo encuentra que la cantidad de refuerzo requerido en las uniones de viga a columna debe aumentarse en estructuras de concreto. En muchos puentes, la cantidad de acero requerida por el código sísmico provoca congestión en las uniones. [9] Para aliviar esto, se pueden utilizar fibras de acero como refuerzo para mejorar la unión entre las barras de refuerzo y el hormigón circundante. [9] Las pruebas han demostrado que al utilizar hormigón armado con fibras de acero, se puede reducir la longitud de anclaje de las barras de refuerzo y al mismo tiempo mejorar las capacidades de corte y flexión. [9] La longitud de anclaje reducida requerida reduce la congestión en las uniones de viga a columna.
Otro avance está en el uso del hormigón pretensado . El hormigón pretensado es un avance importante en la ingeniería del hormigón y se ha utilizado eficazmente en la construcción de puentes con estructura rígida. [10] Esto es notable porque ya era un desafío colocar refuerzo estándar en un puente de estructura rígida de concreto. Pretensar las barras de refuerzo es más difícil, pero aún así se demostró que es factible. [10] 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.
