Muelles en puentes: tipos y consideraciones de diseño
Después de leer este artículo, aprenderá acerca de: 1. Tipos de muelles para puentes 2. Consideraciones de diseño de muelles para puentes 3. Refuerzo.
Tipos de muelles para puentes:
Los materiales utilizados para la construcción de muelles de puentes son:
(i) Albañilería de ladrillos,
(ii) mampostería de piedra,
(iii) hormigón en masa,
(iv) Hormigón armado y
(v) Hormigón pretensado.
Los muelles de mampostería o concreto en masa son generalmente masivos y, por lo tanto, ofrecen más obstrucción a las vías navegables lineales, así como también aumentan las cargas en los cimientos. Por otro lado, los pilares de hormigón armado o de hormigón pretensado tienen un área de sección transversal muy reducida y, por lo tanto, requieren mucho menos área de cimientos, además de ofrecer menos obstrucción a la vía fluvial.
Donde los materiales de ladrillo y piedra son costosos, generalmente se considera económico usar muelles RC o de hormigón pretensado.
Las formas generales de varios tipos de pilares comúnmente utilizados se ilustran en la Fig. 19.1. Tanto a nivel estructural como arquitectónico, los lados se hacen generalmente con un cebador de 1 en 50 o 1 en 60. Para garantizar un funcionamiento suave y aerodinámico, las aguas cortadas se proporcionan en muelles.
La forma de estos techos puede ser semicircular, arcos de círculos, triángulos, etc. Los muelles están siempre provistos de tapas de muelle para transferir las cargas a los ejes del muelle.
Los muelles de mampostería, concreto en masa o eje sólido RCC (Fig. 19.1a y 19.1b) generalmente se basan en cimientos de balsas abiertas donde la posibilidad de socavación es nula. Bases de pila o bases de pozo también son posibles para este tipo de muelles.
Los pilares celulares de hormigón pretensado o RCC (Fig. 19. 1e) son adecuados para puentes principales donde tanto el tramo como las profundidades son considerables y el peso propio de los pilares debe ser el mínimo y el módulo de sección lo más máximo posible. Los diafragmas intermedios se proveen horizontalmente para endurecer las paredes verticales.
Aunque los muelles están cubiertos con una tapa gruesa de RC para una distribución uniforme de las cargas en las paredes verticales, es preferible colocar las vigas sobre las paredes transversales verticales que conectan las paredes exteriores. Las columnas cuadradas o circulares aisladas de RCC (Fig. 19.1d y 19.1e) son preferidas para puentes de carreteras construidos en tierra.
Las columnas aisladas extendidas desde pilotes RC o desde la tapa del pozo también se usan para puentes construidos a través de ríos. Las vigas transfieren directamente la carga a las columnas. Para hacer las columnas rígidas y para reducir la altura efectiva, se proporcionan los lazos intermedios.
El tipo de muelle que se muestra en la Fig. 19. Es el más adecuado para puentes terrestres donde la obstrucción debida a los muelles debe ser lo más mínima posible para dejar espacio para los carriles de tránsito normales en ambos lados de los muelles colocándolos en el centro.
La tapa del muelle puede estar en voladizo para soportar la superestructura. En lugar de hacer un solo muelle rectangular como se muestra en la Fig. 19. Si, también se pueden usar muelles circulares simples para puentes terrestres. Arco de pilares circulares individuales.
Consideraciones de diseño de muelles para puentes:
Los muelles de mampostería o hormigón en masa están diseñados con cargas verticales y momentos que actúan sobre los muelles, de modo que el resultante se encuentre dentro o muy cerca de la tercera línea media. Por esta limitación, será posible llegar a una condición sin tensión o restringir la tensión dentro de los valores de venta.
En los pilares de hormigón armado, el hormigón y las tensiones del acero debidas a las cargas verticales y los momentos se llevan dentro de los límites permitidos. La sección de los muelles y la magnitud de la fuerza de pretensado en los muelles de hormigón pretensado deben determinarse con el fin de limitar la tensión máxima del hormigón dentro del límite permisible.
En general, no se permite la tensión en los pilares pretensados, pero a menudo se permite una tensión leve que no exceda una décima parte de la tensión de compresión permitida cuando dichas tensiones de tracción se deben a condiciones de carga temporales como la operación de lanzamiento, etc.
Las cargas y fuerzas con las que se diseñarán los muelles son:
i) Peso propio del muelle.
ii) Cargas muertas de tramos adyacentes y reacciones de carga viva, ya sea de uno o de ambos tramos, lo que produzca el efecto máximo.
iii) Efecto de la flotabilidad en los muelles debido a la presión de poro (generalmente se toma como el 15%)
iv) Fuerza horizontal debida al efecto de la temperatura y al efecto de tracción o frenado que actúa en la parte superior del muelle.
v) Fuerza horizontal debida a la corriente de agua que actúa en el muelle en el centro de gravedad del diagrama de presión de agua.
vi) Fuerza horizontal debida al viento que actúa sobre la superestructura y el muelle en el centro de gravedad del diagrama de presión del viento respectivo.
vii) Fuerza centrífuga que actúa en el muelle cuando el puente está en una curva.
viii) Fuerza horizontal debida al efecto sísmico en la superestructura, así como en el muelle que actúa en el centro de gravedad respectivo.
La combinación de las cargas y fuerzas anteriores que pueden actuar juntas debe ser tal que produzca el máximo efecto.
Refuerzo de muelles de hormigón para puentes:
En los pilares de hormigón en masa, no se requieren refuerzos por consideraciones estructurales, sino refuerzos nominales a una tasa de 5 kg. Para la temperatura y el efecto de contracción, se proporciona acero de calidad S240 y 3.5 kg para acero de calidad S415 por metro cuadrado de la superficie expuesta.
Para pilares de hormigón armado, el porcentaje de refuerzo longitudinal no debe ser inferior a 0, 8 ni superior al 8 por ciento del área transversal bruta.
Cuando el área de la sección transversal exceda el área de concreto requerida para soportar solo las cargas verticales, el porcentaje de refuerzo se calculará sobre la base del área requerida para resistir la carga directa y no sobre el área real de los muelles. En cualquier caso, el área de acero no debe ser inferior al 0, 3 por ciento del área bruta.
El refuerzo lateral o los aglutinantes se proporcionan en los muelles a una distancia no inferior a 300 mm. El diámetro del refuerzo lateral no debe ser inferior a un cuarto del diámetro. De los mayores refuerzos longitudinales ni menos de 8mm.
La separación del refuerzo lateral no debe exceder la dimensión lateral menor del muelle o doce veces el diámetro. de la barra longitudinal más pequeña la que sea menor. Las barras de enlace adecuadas son las longitudinales y las laterales se proporcionarán a intervalos adecuados.
