Un puente de estructura rígida es un puente en el que la superestructura y la subestructura están conectadas de forma rígida para actuar como una unidad continua. Normalmente, la estructura se construye de forma monolítica , lo que hace que la estructura sea continua desde el tablero hasta la base . Las conexiones entre los elementos son conexiones rígidas que transfieren momentos de flexión , fuerzas axiales y fuerzas de corte . Un diseño de puente que consta de una estructura rígida puede proporcionar importantes beneficios estructurales, pero también puede ser difícil de diseñar y/o construir.
El uso de puentes de armazón rígido comenzó en Alemania a principios del siglo XX y rápidamente se extendió a las Américas. Emílio Henrique Baumgart y Arthur G. Hayden, en particular, ganaron notoriedad por su uso de armazones 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 diseñaba con apoyos en la subestructura. [1] : 149 En el diseño de armazón rígido de hormigón, no hay apoyos. En cambio, la superestructura se moldea monolíticamente con la subestructura y todo el puente, desde el tablero hasta la zapata, es continuo.
Los ingenieros han encontrado que este tipo de diseño es ventajoso por muchas razones. Los momentos en el centro del tablero de un puente de marco rígido son menores que los momentos correspondientes en un tablero simplemente apoyado . [3] Por lo tanto, se puede utilizar una sección transversal mucho más superficial en la mitad del tramo . [3] Los beneficios adicionales son que se requiere menos espacio para los accesos y no son necesarios los detalles estructurales donde el tablero se apoya en los estribos . [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 el encofrado/colocación del hormigón es complicado. [1] : 153 Además, los marcos rígidos son estáticamente indeterminados y el análisis es más desafiante que el de las estructuras simplemente apoyadas.
Los puentes de un solo tramo con armazón rígido suelen estar hechos de hormigón armado y se utilizan habitualmente en vías públicas y otras carreteras. [4] Este diseño supone un uso eficiente del material, ya que la sección transversal en la mitad del tramo es relativamente estrecha y se reduce la cantidad de hormigón necesario en los estribos. [4] La sección estrecha en la mitad del tramo da al perfil del puente una ligera forma de arco, lo que hace que este diseño sea especialmente útil cuando se requiere una gran altura libre. El perfil también hace que el puente sea más agradable arquitectónicamente que un puente de vigas . El diseño de armazón rígido puede ser el tipo de puente más eficiente para tramos de entre 35 y 80 pies (11 y 24 m). [5] Si se utiliza acero, la ventaja económica se extiende a tramos de 120 pies (37 m). [5]
Un marco rígido en forma de V es una forma eficiente de soportar un puente más largo donde no es posible 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 que experimentan los pilares son mínimos, lo que permite reducciones significativas en el tamaño de la base. [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 marco rígido 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 pilares en esos casos puede ser costosa y desafiante. [ cita requerida ]
Los puentes de estructura rígida con pilares de apoyo se definen por sus soportes que van desde el tablero hasta los estribos en un ángulo. Este diseño sostiene el tablero de manera similar a los pilares en forma de V, pero difiere en cómo deben construirse los cimientos. Los pilares se apoyan sobre los estribos o junto a ellos, lo que elimina 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] Como resultado, los estribos deben hacerse más grandes o deben colocarse cimientos adicionales junto a los estribos.
En los últimos años, la mayoría de las investigaciones sobre puentes de marco rígido están relacionadas con la modernización de estructuras existentes para cumplir con nuevas especificaciones sísmicas . [9] Esta investigación a menudo encuentra que la cantidad de refuerzo requerida en las juntas de viga a columna debe aumentarse en estructuras de hormigón. En muchos puentes, la cantidad de acero requerida por el código sísmico causa congestión en las juntas. [9] Para aliviar esto, se pueden usar 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 usar hormigón reforzado con fibra de acero, se puede reducir la longitud de anclaje de las barras de refuerzo al mismo tiempo que se mejoran las capacidades de corte y flexión. [9] La longitud de anclaje reducida requerida reduce la congestión en las juntas de viga a columna.
Otro avance es el uso del hormigón pretensado . El hormigón pretensado es un avance importante en la ingeniería del hormigón y se ha utilizado de manera eficaz en la construcción de puentes de estructura rígida. [10] Esto es notable porque ya era un desafío colocar refuerzos estándar en un puente de hormigón de estructura rígida. Pretensar las barras de refuerzo es más difícil, pero se demostró que sigue siendo 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 puentes de mayor longitud.
