El arte de construir puentes

HISTORIA.

El arte de construir puentes tiene su origen en la misma prehistoria. Puede decirse que nace cuando un buen día se le ocurrió al hombre prehistórico derribar un árbol en forma que, al caer, enlazara las dos riberas de una corriente sobre la que deseaba establecer un vado. También utilizó el hombre primitivo losas de piedra para salvar las corrientes de pequeña anchura cuando no había árboles a mano. En cuanto a la ciencia de erigir puentes, no se remonta más allá de un siglo y nace precisamente al establecerse los principios que permitían conformar cada componente a las fatigas a que le sometieran las cargas.

La piedra y la madera eran utilizadas en tiempos napoleónicos de manera similar a como lo fueron en época de julio Cesar e incluso mucho tiempo antes. Hasta finales del siglo XVIII no se pudo obtener hierro colado y forjado a precios que hicieran de él un material estructural y hubo que esperar casi otro siglo a que pudiera emplearse el acero en condiciones económicas.

Recibió su primer gran impulso en los tiempos en que Roma dominaba la mayor parte del mundo conocido.

La rápida expansión de las redes ferroviarias obligó a un ritmo paralelo en la construcción de puentes sólidos y resistentes. Por último, el automóvil creó una demanda de puentes jamás conocida. El gran número de accidentes ocasionados por los cruces y pasos a nivel estimuló la creación de diferencias de nivel, que tanto en los pasos elevados como en los inferiores requerían el empleo de puentes. Conocido desde la antigüedad, el puente se presentó en sus inicios como una construcción de madera. Grandes los constructores de puentes fueron los romanos, que asimilaron las técnicas de los etruscos y las desarrollaron posteriormente con magníficos resultados, según muestran los múltiples puentes que desafiando el paso del tiempo han llegado hasta la actualidad, algunos de ellos en servicio todavía. Los puentes romanos más antiguos estaban construidos de madera, Posteriormente adoptaron el empleo de piedras y grandes sillares, Las técnicas constructivas fueron perfeccionándose, se adoptaron el mortero y la bóveda y se mejoró el sistema de cimentación de las pilas.

Los romanos desarrollaron la cimentación bajo el agua mediante cajones de madera de dobles paredes, llenos de hormigón, o con gruesos bloques paralelepipédicos. En los puentes de más de una arcada recurrían a estrechar las vías de agua mediante pilotes muy gruesos o represas. Los pilares estaban formados por grandes bloques, que producían una disminución de la luz de los vanos, lo que era causa de hundimientos debido al aumento de la velocidad del agua. La luz de los arcos en general era inferior a 20 m, si bien destacan algunos sobre esta distancia,

Principios del s. XIX apareció la tendencia a sustituir la madera, piedra y mampostería por el hierro fundido como en el puente del Louvre, en París, y el Ironbridge (Gran Bretaña), y después por el hierro forjado y finalmente por el acero. En 1823 apareció un nuevo tipo de puente, proyectado por Marc Seguin: el puente colgante, que conocería un formidable desarrollo. En 1833 acabó la construcción del puente metálico de Brooklyn, en Nueva York, de 480 m de longitud. En 1867 se construyó el primer puente de contrapeso, a través del Main, en Alemania, proyectado por HeinreichGarber, con 127 m de longitud. Del tipo colgante son el puente del Niágara, en EE. UU., de 387 m de largo, y el de Brooklyn, terminado en 1883, con 1.186 m de longitud. En el s. XX han continuado los grandes avances en la construcción de puentes, derivados del aprovechamiento más racional de los materiales. En 1925 entró en servicio el puente colgante sobre el Hudson, en Bear Mountain, con un ojo central de casi 500 m. En 1932 se terminó el puente colgante de George Washington, de 1.067 m de luz, en Nueva York, sobre el río Hudson.

DEFINICION DE PUENTE.

Por lo general, el término puente se utiliza para describir a las estructuras viales, con trazado por encima del superficie, es una estructura que permite vencer obstáculos naturales como ríos, quebradas hondonadas, canales, entrantes de mar, estrechos de mar, lagos, etc.

PLANEACION DE UN PUENTE

Topografía.

Debe contener como mínimo, un plano de ubicación, planimetría con curvas de nivel cada metro si la quebrada es profunda o más juntas si el terreno es llano ó las barrancas son poco definidas. Secciones transversales en el eje propuesto enlazado con el eje de la vía, otras aguas arriba y abajo, situadas cada 10 ó 20 metros según la necesidad, y condiciones topográficas, un perfil longitudinal del eje del lecho del rió en 500 metros (ómas según la necesidad) aguas arriba y abajo

Geología.

Estudio geotécnico con sondeos geofísicos y perforación de pozos en los ejes de los probables emplazamientos de la infraestructura, traducidos en perfiles geológicos con identificación de capas, espesores, tipos de suelos, clasificación, tamaño medio de sus partículas, dureza, profundidad de ubicación de la roca madre y todas sus características mecánicas. Igualmente deberá incorporarse el material predominante del lecho del río, su tamaño medio, la variabilidad del lecho del río, la cota mas baja de este, sus tendencias de socavación, y finalmente un informe en el que debe recomendarse la cota y tipo de fundación.

Riesgo sísmico

Se llama riesgo sísmico a la probabilidad de ocurrencia dentro de un plazo dado, de que un sismo cause, en un lugar determinado, cierto efecto definido como pérdidas o daños determinados. En el riesgo influyen el peligro potencial sísmico, los posibles efectos locales de amplificación, la vulnerabilidad de las construcciones (e instituciones) y las pérdidas posibles (en vidas y bienes).

El riesgo sísmico depende fuertemente de la cantidad y tipo de asentamientos humanos y de la cantidad e importancia de las obras que se encuentran localizados en el lugar.

2. Datos de las condiciones funcionales.

Los datos de las condiciones funcionales son en general fijados por el propietario o su representante (Ministerio de transpor¬tes, Municipalidades) y por las normas y/o las especificaciones correspondientes.

Entre los datos funcionales más importantes que se deben fijar antes de iniciar el proyecto del puente tenemos:

Datos geométricos.

Ancho de la calzada (número de vías)

Dimensiones de la vereda, barandas, etc.

Peralte, sobre ancho, pendientes, curvatura, gálibo.

Datos de las cargas vivas.

Sistemas de cargas de diseño

Cargas excepcionales

Cargas futuras

Otros datos.

Velocidad de diseño

Volumen de tráfico

Accesorios del tablero: vereda, barandas, ductos.

Datos socio económicos.

Este es un aspecto sumamente importante que debe tomar en cuenta todo proyectista al igual que los funcionarios públicos involucrados en el proyecto. Es un tema que está fuera de los alcances de este texto, pero son datos de gran importancia y por eso es muy oportuno por lo menos indicar¬lo por cuanto no es moral, ni ético proyectar obras públicas como son los puentes, con exceso de materiales y menos aún si esos materiales son importados y causan pérdidas innecesarias de divisas para nuestro país. Los puentes se construyen con fondos públicos que son escasos.

Geometría.

Los datos anteriores deben ser traducidos en lo posible en un mismo plano cuyas escalas vertical y horizontal sean iguales, porque en él se tiene que ir dibujando el puente, definiendo de esta manera las dimensiones del puente.

Son las condiciones topográficas e hidráulicas las que definen la longitud a cubrir así como el nivel de rasante. En cambio, su ancho está fijado por ejemplo para el caso de puentes ferroviarios por la trocha de la vía y por el número de vías y la estabilidad transversal. Para el caso de puentes carreteros el ancho queda definido por el número de vías, estimándose como ancho de vía un valor comprendido entre 3 y 4.5 m.

Longitud.

Cuando el lecho del río a salvar esta bien definida, el problema estará resuelto. En cambio tratándose de zonas llanas donde generalmente los ríos son del tipo maduro, con meandros que dificultan determinar la longitud del puente. La caja ripiosa dará una primera idea del largo que deberá tener el puente, ya que en las grandes crecidas esta puede ser ocupada en su totalidad.

A menudo este ancho es excesivo y puede por tanto construirse un puente mas corto que el ancho del lecho ripioso, avanzando con terraplenes bien protegidos y con un buen sistema de drenaje con alcantarillas, si es posible complementando con defensivos y encausadores que garanticen que el río pase siempre por debajo del puente.

Tratándose de ríos muy caudalosos, la protección de los terraplenes mediante defensivos y encausadores, así como la prolongación de aleros en los estribos puede encarecer la obra, de manera que podría resultar más económico y seguro avanzar poco o nada con terraplenes en la caja del río. Así, algunos autores recomiendan para ríos con crecida del río sobre la caja ripiosa superiores a 1.5 m. de altura, encarar con longitudes en todo su ancho.

Si el puente está ubicado sobre una curva, en el no es posible avanzar con terraplenes por la playa interior (la fuerza centrifuga de la corriente tiende a socavar más la ladera opuesta). En estos casos es aconsejable trazar el puente perpendicularmente

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