Puentes I. Apuntes para su diseño, cálculo y construcción.Javier Manterola_OCR.pdf

1 Javier Manterola

PUENTES Apuntes para su diseño¡ cálculo y construcción

1 PUENTES Apuntes para su diseño, cálculo y construcción Javier Manterola

Este libro se lo dedico a Lolacha, Carlos, Santi y Lolacha hija.

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Contenido de la obra

VOLUMENI

VOLUMENH

Capitulo 1 Historia del puente

Capítulo 11 Puentes de ferrocarril

Capítulo 2 Planteamiento general del puente

67

Capítulo 3 El tablero de vigas de hormigón

97

Capítulo 4 Puentes losa de hormigón Capítulo 5 La sección cajón de hormigón Capítulo 6 Tableros metálicos y mixtos Capítulo 7 El tablero oblicuo Capítulo 8 El tablero curvo

175 213

319 371 411

Capítulo 9 Puente pórtico

445

Capítulo 10 Puentes en celosía

469

Capítulo 12 Puentes rectos y curvos sobre apoyos puntuales

513 563

Capítulo 13 Pilas, apoyos y cimentaciones

583

Capítulo 14. Estribos de puentes

663

Capítulo 15 Construcción de puentes

693

Capítulo 16. Cálculo general de puentes rectos

773

Capítulo 17 El puente arco

897

Capítulo 18 Puentes atirantados

989

VII

!ndice Volumen!

Índice del Volumen 1 Contenido de la obra

V

Presentación

IX

Introducción

XVII

Capitulo 1. HISTORIA DEL PUENTE Puentes de piedra Puentes de madera Los puentes de hierro y acero - Siglo XIX Puentes de hormigón armado Capítulo 2. 50 m. La sección cajón es la que m~jor resiste la torsión sin incrementar apenas el estado tensional longitudinal producida por la carga descentrada. La eficacia resistente del material cuando adopta esta configuración es la mejor. Se estudia la separación y colocación de las almas dentro de la sección y el espesor y dimensionamiento de las paredes del cajón y los cantos del mismo. Se analizan los fenómenos secundarios (si se dimensiona bien la sección y no secundarios, si se hace mal) del alabeo torsional y la distorsión, que pueden incrementar considerablemente las tensiones longitudinales de flexión y se analizan los distintos tipos de secciones a estos efectos. Se hace un minucioso estudio de estos estados tensionales en todas y cada una de las palies de la sección transversal. Se analiza también el comportamiento de dos cajones unidos por su losa superior, caso extraordinariamente frecuente en puentes de no demasiada luz. El caso de la sección transversal metálica o mixta, ya sea de vigas como de sección cajón, se estudia en el capítulo 6. Su dimensionamiento y posibles configuraciones de puentes mixtos, principalmente, están expresados con generalidad.

XII

PUENTES Javier lvJanterola Annisen

En este capítulo se introduce en los problemas fundamentales de rigidización longitudinal y transversal de la sección, el trabajo de diafragmas de apoyos y los fenómenos secundarios de inestabilidad y los procedimientos para resolverlos. Se estudia también, fuera del capítulo 16, referido principalmente al cálculo, problemas de modelos aptos para determinar los esfuerzos en estos complejos tableros. En los próximos capítulos, capítulo 7 a capítulo 12, ambos inclusive, se pasa a analizar configuraciones particulares en puentes rectos. Empezamos en el capítulo 7 por los tableros oblicuos y los fenómenos que presentan la oblicuidad en la respuesta de tableros de vigas, de tableros losa y tableros cajón, tanto biapoyados como continuos. Se empieza analizando la viga oblicua, cuya deformación transversal se considera despreciable para pasar después a tableros en los cuales la defonnación transversal puede influir en la respuesta. Se analizan los problemas de cálculo y los procedimientos frecuentes para evitar los problemas de oblicuidad por medio de los llamados puentes pérgola. El capítulo 8 trata de los tableros curvos, siguiendo una estructura similar a la de los tableros oblicuos. Influencia del radio de curvatura, de la distribución de rigideces y de la relación anchura-luz. Se descubren los mecanismos resistentes involucrados en la respuesta, tanto en tableros de vigas, losa y cajón y se plantean los problemas de distorsión que naturalmente, sin necesidad de solicitación torsora externa se producen en la sección. Finalmente se analizan los problemas derivados del pretensado de este tipo de tableros. Los puentes PÓliico, que empotran pilas y dinteles se estudian en el capítulo 9. Se establecen los problemas morfológicos y de dimensionamiento. El pórtico vertical, de pilas inclinadas y las células triangulares. Se plantea la delgada línea divisoria que existe entre los pÓliicos y los arcos. El punto fundamental de la rigidez del suelo en relación con los problemas de relación altura-luz del pórtico se plantean con rotundidad -es el problema específico del puente pórtico que lo relaciona también con el puente arco- así como el efecto positivo y negativo que produce el pretensado. Los puentes en celosía fue una morfología de tableros rectos clásica en el desanollo de los puentes en fenocaITil, que se ha vuelto a actualizar en épocas recientes. Se analizan las secciones transversales de los puentes de hormigón y de acero, con barras rectas y tubos, pretensados o no, así como los problemas derivados de la defonnación por cortante. Se analizan las uniones entre barras y los nudos resultantes. Finalmente se estudian distintas configuraciones especiales donde el o los vehículos se introducen en su interior, con gran eficacia para salvar grandes luces. Los puentes de fenocanil con las características especiales que presentan el tipo y la cuantía de la carga, así como los movimientos que se producen, constituyen una familia especial que estudiamos en el capitulo 11. Se presta especial atención a los problemas derivados de la relación calTiltablero y los condicionantes que se establecen respecto a la longitud del puente, la situación de las juntas de dilatación y la situación de los elementos que soportan el frenado. Se exponen las distintas secciones transversales de los tableros y su conexión con las diversas tipologías en puentes rectos, arcos, y pórticos y puentes atirantados. Finalmente se analizan los estribos fijos donde anclar el tablero.

Presentación

XIII

El capítulo 12 se dedica a analizar los problemas relativos a los tableros rectos o curvos apoyados sobre columna única. Este tipo de puente necesario para tantos enlaces de las ciudades presenta especiales problemas de acumulación de torsiones o del acoplamiento entre flexión y torsión así como los efectos derivados de posibles fisuraciones con sus conespondientes pérdidas de rigidez y sus consecuencias. Los cuatro capítulos siguientes -del trece al dieciséis, ambos inclusive- se refieren a problemas comunes para todo puente. En el capitulo 13 se analizan las pilas, apoyos, así como las formas y dimensionamiento de las que soportan puentes rectos. En primer lugar se analizan los distintos tipos de apoyos, de neopreno, teflón, rótulas, etc. para pasar a sus disposiciones en el puente. Se estudian las distintas topologías de las pilas así como los cimientos y su respuesta, ya sean realizados por cimentación "in situ" o por pilotes. Finalmente se sitúa la respuesta de la pila más el tablero, sus problemas lineales o no lineales, presentes en las pilas altas, y los estados tensionales complejos en pilas tabique. En el capitulo 14 se estudian los estribos de los puentes, su dimensionamiento y respuesta. El comportamiento de las aletas, su cimiento y los anclajes al suelo para el uso de estribos especiales y muy altos. Todos los problemas constructivos de los puentes rectos se encuentran en el capitulo 15. En alguna otra versión simplificada de este libro, cada proceso constructivo se asociaba con la topología de tablero de que era origen. Esto llevaba muchas veces a repetir u omitir planteamientos constructivos en aquellos casos en los cuales el tipo de construcción era valido para varios de ellos. Por esta razón he decidido establecer los procesos constructivos de una sola vez y para todos los puentes. Empezamos por el tablero de vigas prefabricadas y su montaje. Si los tableros son bi-apoyados, semicontimuos o continuos y los procedimientos para establecer las vinculaciones entre los dinteles. Le siguen, a continuación, con los tableros losa, cimbras más o menos complejas, apoyadas en el suelo o autoportantes y aquellos problemas resistentes derivados de la construcción tramo a tramo. Pasamos después a la construcción en avance en voladizo, canos de avance, características propias de los puentes realizados con dovelas "in situ" o con dovelas prefabricadas. Se analiza el pretensado de los tableros así como la casuística que se establece en la unión entre pila y dintel. Se estudia con detalle el estado tensional que se produce en los "dientes" de las dovelas prefabricadas. El puente empujado constituye otra parte del capitulo, indicando las características de los parques de fabricación, el tamaño de las dovelas, gatos, apoyos deslizantes y demás dispositivos necesarios. Se analizan también los problemas resistentes derivados del proceso constructivo. El capitulo 16 es un capitulo dedicado exclusivamente al cálculo de puentes. He pensado, que cada vez más, los cálculos particulares, que aparecían apropiados para distintas configuraciones de puentes y que constituían un conjunto sin numero

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PUENTES Javier Man/erola Armisen

de casos particulares, una casuística apropiada pero dispersa, ha dado paso a la utilización cada vez con más intensidad de los procedimientos generales de calculo que por su potencia y complejidad pueden salir al paso de casi todo tipo de problemas particulares. Dentro de poco tiempo la casuística aun presente desaparecerá por completo. Se empieza estableciendo las reglas para la confección de los modelos de cálculo, herramienta fundamental pues en este modelo, de configuración cada vez más compleja, se pueden obtener los esfuerzos en todas y cada una de las fases por las que pasa la estmctura a lo largo del proceso constmctivo y su etapa en servicio. Al modelo, emparrillado espacial, se le presta especial atención, pues es una herramienta especialmente útil para la determinación de los esfuerzos y su postproceso. armado, y o comprobación tensional, seguridad de las secciones, etc, etc. Se sigue así una normativa que se basa principalmente en el calculo seccional de las estmcturas. El cálculo de la fluencia y retracción de los puentes es pieza fundamental para el análisis de casi todos los procesos de puentes en los cuales su constmcción pasa por fases muy evolutivas. La relación entre hormigones de distintas edades y características, la de estos con acero, no impOlia si es pasivo, activo o en perfiles y la interacción de todos estos fenómenos en el tiempo es fundamental para este problema. Se termina desarrollando modelos muy sofisticados para puentes completos mixtos. El calculo dinámico constituye la ultima parte de este largo capitulo. Se analizan los dos problemas básicos dinámicos de los puentes, el paso de vehículos, camiones o locomotoras y las solicitaciones sísmicas así como sus respuestas respectivas. En los capítulos 17 y 18 volvemos otra vez al estudio de las morfologías típicas de los puentes. Los puentes arco y los puentes atirantados. En el caso de los puentes arco, capíhl10 17, se empieza analizando los tres tipos de puentes arco, arco con tablero superior, arco con tablero intermedio y arco con tablero inferior. Se analizan sus disposiciones y dimensionamiento, tanto en hormigón como en acero, en arco simple, aporticando o tímpano en el caso de puente con tablero superior. Se analizan igualmente los arcos con tablero intennedio e inferior también en acero u hormigón. En todos ellos se plantean los distintos problemas resistentes que suscitan, la eficacia de las distintas disposiciones, y su respuesta resistente. Los modelos de calculo más habituales así como todos los procesos constmctivos utilizados, cimbras, avance en voladizo, basculamiento, etc. El último capitulo del libo trata los puentes atirantados. Se establecen en primer lugar la morfología longitudinal y transversal de la disposición general. Se estudian los tipos de secciones transversales, el tipo de atirantamiento en uno, dos y tres planos, con disposición en abanico, arpa o semi-arpa. Los tipos de pilas y las configuraciones generales planas o especiales. Se estudia después el tirante en sus distintas versiones morfológicas, sus uniones con la pila y el tablero y su respuesta resistente lineal y no lineal. A continuación se pasa al estudio de los modelo de cálculo de este tipo de puentes y el análisis de su respuesta resistente ante las diversas solicitaciones que se producen en la etapa de servicio y durante el proceso constmctivo.

xv

Presentación

Finalmente estudiamos los casos pmiiculares de puentes con atirantamiento extradorsal, las "velas" de hormigón, su estado tensional y el atirantamiento inferior de los tableros.

Este libro debe mucho a mucha gente. En primer lugar a mis profesores de la Escuela de Ingenieros de Caminos de Madrid, sobre todo en la sección de estructuras, que siempre fue la que más me interesaba. Aunque todos eran excelentes, debo destacar a dos, Torroja y Femández Casado. De TOIToja esperábamos poder absorber su penetración y conocimiento estructural, así como su talento en la fonnalización de lo resistente. De Femández Casado muchas cosas, como que la vida no es un conjunto de depmiamentos estancos sino un conjunto unitario que se manifiesta en múltiples direcciones. Aprendí la importancia de la constancia, de ordenar la inteligencia. Además me dio la opOliunidad, la enOlme satisfacción de sentir agradecimiento. A mis compañeros de profesión y trabajo. En primer lugar a aquellos, los de siempre, con que he compartido cansancio, preocupaciones, ocupaciones y también alegrías, Leonardo Femández Troyano, Miguel A. Astiz, Miguel A. Gil, Antonio Martínez Cutillas, Amando López, José Montero, Pablo Pezuela, Gregario Cannona, Teresa Sánchez, y a los nuevos, Javier Muñoz-Rojas, Silvia Fuente, Juan A. Navarro, Roberto Cannona, Elvira Quintana, Soledad Pezuela, Emilio Sánchez, Belén Sánchez y tampoco quiero olvidar a todos los otros, que aunque no hayan trabajado conmigo, siento por ellos afecto y agradecimiento. De todos he aprendido, he sentido su ayuda, y quiero que sientan rm agradecimiento. Ahora debía extender mi agradecimiento a todos mis amigos, compañeros de profesión, pero serían tantos que sería imposible hacer justicia. Solo quiero mostrar mi afecto personal y profesional por José Manuel López Sainz ya desaparecido. Quiero agradecer a Francisco Santa Isabel e Inmaculada Albacete, autores materiales de este libro, su trabajo, su interés y dedicación para que quede lo mejor posible. y finalmente mi agradecimiento a todos los puentes.

Madrid, diciembre de 2005

XVII

INTRODUCCIÓN

INTRODUCCiÓN

El puente es un elemento del camino. Una carretera, un fenocanil se sirven de puentes para salvar determinados obstáculos que se encuentran en su camino. Atravesar un río, cruzar una canetera, ó una estación de fenocarril, son obstáculos frecuentes. La vía impone sus condiciones. Anchuras, alturas, peraltes, trazado en planta son

datos para el diseño del puente y las variables que constituyen su dimensión funcional. Rara vez el puente impone sus condiciones a la canetera, tienen que ser cruces realmente excepcionales, que reúnan una máxima dificultad para las posibilidades de la tecnología y unos costes excesivos, para que sean estos los que determinen a priori la ubicación del puente y sus condiciones geométricas a las cuales debe plegarse el trazado de la canetera.

Fig. 0.1 Puente la Reina

XVIII

PUENTES Javier lvlan/erola Armisen

Las condiciones funcionales las impone el móvil que utiliza la vía. En un puente medieval el perfil longitudinal en "lomo de asno" era perfectamente compatible con las exigencias del caminante o los carros y caballerías que utilizaban el puente. Con este perfil se resolvía un problema importante, por un lado adecuar el perfil del puente a unas márgenes situadas a poca altura sobre el agua y por otro permitir la disposición de arcos de cierta luz, cuyos peraltes permitían su adecuada conformación y un fácil paso de las aguas. Hoy en día un perfil en "lomo de asno" es totalmente incompatible con las exigencias del tráfico de vehículos, Fig. 0.1. Existe otra condición funcional que el móvil impone al puente. Se trata de su rigidez. Un puente se defonna al paso de los vehículos. Se producen acortamientos o alargamientos, giros, flechas, cOlTimientos en general que cambian las características del trazado. Las vibraciones del puente y su deformación, raramente eran tenidas en cuenta y su valor no influía en las condiciones de cruce y en el confort del usuario. Hoy en día pasa lo mismo en la mayoría de las ocasiones pero existen móviles, como por ejemplo, el tren de alta velocidad, que acota la cantidad de deformación que a su paso se puede producir en el puente ó en las pasarelas de peatones que deban controlar su respuesta dinámica para asegurar un cruce confOliable.

el acero por ejemplo, son el resultado de años de búsqueda de materiales mas resistentes, económicos y fáciles de obtener que lo que es la piedra y la madera, los cuales son los materiales clásicos de la historia de la construcción. De la misma manera, de rudimentarios conocimientos sobre la respuesta de determinadas disposiciones resistentes, obtenidas por procedimientos de prueba y error, se ha pasado a un adecuado control de la respuesta resistente de estructuras cada vez mas complejas y eficaces. Conocernos bien el comportamiento de arcos, celosías, vigas de grandes dimensiones, tableros atirantados o colgados. Sus disposiciones están además bastante optimizadas de manera que se conocen, en los casos nonnales, con suficiente precisión, que es mas barato o mas caro. Fig. 0.2.

Fig 02.(2) Puente del Escudo (Can/abria)

Para dar cumplida respuesta a estas necesidades, la tecnología cuenta con una serie de posibilidades. A lo largo del tiempo se han ido alumbrando materiales, medios, procedimientos y conocimientos que han permitido resolver la materialización del puente. El desalTOllo de materiales resistentes, el hormigón y

Fig. 02 (1) Puente de Cuatro Caminos- Madrid

Fig 02.(3)Puente de Barrios de Luna (León)

XIX

INTRODUCCIÓN

Fig 03

Junto a estas posibilidades que constituyen la tipología estructural y los múltiples modelos de puentes que conocemos, el desarrollo en la geotécnia y las posibilidades de cimentación permiten realizar apoyos seguros en cursos de agua, laderas de montañas, y casi cualquier otro caso, resolviendo uno de los problemas clásicos de los puentes a lo largo de su historia, realizar cimentaciones seguras para que el río, por ejemplo, y la socavación que produce en el cauce y en la propia pila, no lo arruinen en épocas de avenidas. Las posibilidades y las necesidades no son variables independientes. Realizar un puente entre Londres y Nueva Yorle no se siente como necesario hoy en día, pero si se viese la posibilidad de realizarlo, a costes razonables, seguro que aparecería la necesidad con apremio. Hoy en día se están realizando obras que hace pocos años resultaban inimaginables. La posibilidad alienta la necesidad. Cruzar el Estrecho de Gibraltar resulta posible hoy en día, aunque eso sí, a un precio descomunal como para ser una alternativa a las embarcaciones que ahora mismo cumplen ese papel. Existe aún mucha distancia entre la necesidad y los medios que hay que disponer para satisfacerla con un puente en este lugar. Sin embargo a mediados del siglo pasado cuando se decidió realizar el puente de

Broolelyn, Fig. 0.3 la intensidad del cruce y el coste de realizar un puente apareció como evidente. Posibilidades y necesidades están siempre relacionadas y la historia de los puentes no es sino la expresión de esta relación. Los puentes han ido satisfaciendo necesidades sociales alumbradas por lo posible. En esta introducción han ido apareciendo variables que pertenecen al puente. Sus condiciones funcionales, impuestas por el tráfico que utilizan, las dificultades que presenta el obstáculo que hay que salvar y que la tecnología permite resolverlas. Sin embargo el puente no queda atrapado en este concepto. Nos aproximamos mas a lo que es un puente si introducimos la historia. Todo puente no es sino un momento en la historia de los puentes. Toda la tradición heredada de nuestros mayores configura y condiciona nuestra manera de pensar en puentes. Un puente romano o una pasarela colgada de los Incas del Perú no es solo una respuesta a un determinado problema de paso, utilizando una determinada tecnología, sino que también es una definición de lo que es un puente. Nos trasmiten no sólo el cómo se han realizado y para qué sirven, sino que empiezan a descubrirnos el qué de los puentes, su esencia.

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PUENTES Javier lv/ante/ola I1rmisen

En ellos podemos leer las preguntas que se hicieron sus constructores al realizarlo, y vemos que coinciden con las que nos hacemos ahora: qué material utilizar, cómo ordenarlo, cómo construirlo y qué resultado fonnal se encuentra. Definir entonces el puente como fonna resistente construida es especialmente útil, pues incluye las principales preguntas que se hace todo constructor en general y de puentes en particular-

piensa que son. La forma de un pilar es mucho más que el mero vehículo de unas determinadas solicitaciones, es el traductor en formas del sentimiento común de lo que es soporiar, qué es resistir la casa o el dintel. Que produzca sensación de robustez o liviandad, de tranquilidad o de intranquilidad, es algo que está en nuestra mano. Que se sitúe sobre un basamento o no, que se corone por un capitel o tenga estrías o no, es algo que trasciende el hecho resistente para converiirse en forma, f0l111a construida en que también lo resistente se manifiesta. Fig. 0.4.

Pero también es incompleto, pues los puentes no son sino el resultado de su historia y para el que los hace no son sino lo que él

Fig. 04

Hoy en día podemos determinar con bastante precisión cuál es el estado tensional que lo solicita, y la invención de la forma resistente pasa siempre por esa interacción de lo que sabemos que son las formas resistentes heredadas y la respuesta resistente que suscitan. Podemos hacer el pilar macizo o hueco, con sección en doble T o en cruz, podemos hacerlo de espesor constante o variable, podemos articularlo o empotrarlo. Podemos, incluso, evidenciar su respuesta resistente descomponiéndolo en elementos simples triangulados que manifiestan la complejidad de

los esfuerzos que lo solicitan. Todas estas formas, cuya explicación desde lo resistente es elemental, determinan fonnalmente una u otra versión que condicionará al resto del diseño. El cambio introducido por Brown en el dintel del puente colgado. Fig. 0.5., al pasar de la celosía rígida de la escuela americana a las secciones continuas pseudo-aerodinámicas del puente de Sevel11, es un buen ejemplo de lo que estamos diciendo y propicia la doble lectura física y formal, pues por un lado nos transmite la manera de tratar los esfuerzos

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INTRODUCCIÓN

Fig 06 (1) Puente de Alcántara (Cáceres) Fig 05.(1) Puente del Seven

Fig 05(2) Puente de Lisboa

aero-elásticos y por otro nos hace evidente la presencia del viento en la forma del dinteL Ahora bien, a la presencia de lo resistente en la forma es necesario añadir su dimensión de forma construida. Los ingenieros crean estructuras de gran tamaño cuyo logro sólo puede ser obtenido por agregación y superposición de partes pequeñas y manejables. La dovela de piedra de un arco es el resultado de un acto creador de primera magnitud; su peso, su forma, su resistencia son consustanciales a la forma final en que se ordenan (el arco), de manera que no se sabe qué es antes, si el arco o la dovela, pero lo que sí está claro es que el arco no se habría descubielio sin la dovela. Un arco monolítico es un producto de la naturaleza, no del hombre. Con muchos más medios y posibilidades, con muchos más conocimientos y dos mil años de historia constructiva, el puente de Parramatta, en la Bahía de Sidney, Fig. 0.6, de 304 m de luz, es una copia exacta en formas, conceptos y procedimientos de puesta en obra de su antecesor, el puente romano.

Fig. 06.(2) Puente de Parramatta

El material impone sus características propias en todo este proceso. No sólo sus características resistentes, como son peso, resistencia y rigidez, sino las características formales en que puede ser obtenido y configurado. La viga en celosía es al acero o a la madera como la piedra al arco, un prodigio de simbiosis entre construcción y forma resistente. Tampoco aquí se sabe qué es antes o después, el elemento lineal cOlio o la celosía en que se ordena. Y aparece el nudo, la vinculación entre las partes, como elemento sustan-

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PUENTES Javier Manterola Arl/li.sen

cial de lo construible. "Dios está en los detalles", decía Mies Van der Rohe. La conjunción de estos elementos, material resistente, forma en que se ordenan y construyen, constituye un lenguaje que es el propio de los artífices en los puentes, con su vocabulario y sus reglas. Y desde el cual se

producen diversas maneras de interpretar lo estructural de los puentes. Desde el principio de los tiempos hasta la actualidad se ha ido produciendo un sucesivo enriquecimiento de este lenguaje. A veces el desarrollo ha sido muy lento, en otros muy rápido. La historia de los puentes es el definitivo reflejo de toda esta complejidad y su única definición.

Pasarela del río Manzanares - Madrid

CAPITULO 1- HISTORIA DEL PUENTE

1.- HISTORIA DEL PUENTE

Si los puentes actuales son el resultado de su propia historia, resulta imprescindible conocerla para tener un conocimiento cabal de los mismos. Yeso por una razón, como ya hemos dicho en la introducción, las preguntas que se hicieron sus constructores ante el problema de realizar un puente en un detenninado lugar, son las mismas que nos podemos hacer hoy en día, y si conocemos cuales eran las posibilidades con que contaban, nos podemos hacer una idea de qué es responder a este tipo de preguntas y además aventurar si su respuesta fue buena o no. Cieliamente solo estas razones no son suficientes para interpretar porqué hicieron el puente que hicieron. Toda una manera más general de pensar y de sentir su actualidad está vertida en esa respuesta y todo lo que sepamos sobre ella nos ayudará también a interpretarla conectamente, lo cual nos enfrenta con un doble problema resuelto en todo puente, la solución técnica y la respuesta cultural del momento. En esta introducción histórica vamos a entrar principalmente en la dimensión técnica de los puentes, más inmediata y fácil que la cultural.

y en este apatiado nos debemos hacer las preguntas adecuadas y no equivocarnos con generalidades que casi nunca se cuestionan. El qué, cómo y el con qué, lo sabemos. Antes y ahora, sabemos qué material o materiales vamos a emplear, conocemos qué o cuales, entre las tipologías disponibles, vamos a utilizar y muchas veces podemos predecir, y esto ahora más que antes, el tipo de problemas con que nos vamos a encontrar durante la construcción.

Las preguntas de nuestros mayores y las nuestras son modestas, con las posibilidades que tenemos y conocemos ¿cómo vamos a resolver el problema?, el cual viene definido principalmente por las características locales del lugar. Que variantes, sobre las variables que man~jo, puedo realizar con el fin de mejorar lo que hasta ahora conozco. Son pasos menudos, mínimos que damos en el mejor de los casos y que poco a poco, a lo largo de los siglos y de tantas personas que se han preguntado con rigor sobre el qué de su quehacer, es como se han ido constituyendo la tecnología que tenemos.

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PUENTES Javiel lv/anterola Armisen

Un cambio de material, es un cambio fundamental. Y cuando se produce, a principios del XIX y quizás ahora estamos en puertas de otro, se produce sin darnos cuenta. Pero el cataclismo que ocasiona en todo lo que hasta entonces se conocía es enorme. Todo cambió con la llegada del hieno y del acero, ¿qué tiene que ver el puente de la Concordia de Penonet Fig. 1.0.1(a) de 1791 con el puente de Menai de Telford hecho solo 30 años después? Penonet con toda su maestría y talento, piensa como un ingeniero romano mientras que Telford, con materiales metálicos, está abriendo el paso a los grandes puentes colgantes de la actualidad, Fig. 1.0.1 (b).Cuando Abraham Darby III, realiza en fundición los planos de Pritchard y Wilkinson para el puente de Coalbrookdale Fig. 1.0.1 (c) reproduce de la mejor manera posible un puente arco de piedra con banas de fundición. Hace 10 que hizo el primer fabricante de automóviles, un coche de caballos sin caballos. Pero, pronto, las enorn1es posibilidades que lleva consigo el nuevo material desencadenan uno de esos cambios en métodos, tecnologías, procedimientos y formas finales que diferencian una época de la siguiente. Esta elemental y básica historia de los puentes se divide en varias etapas que pretenden ser sucesivas pero que a veces se superpondrán en el tiempo. Los puentes de piedra, los puentes arco de piedra serán los primeros puentes a tratar, nos han acompañado desde hace rnás de 2000 años y ruuchos de ellos seguimos usándolos. Los puentes de madera se solapan totalmente con los de piedra. Serán los segundos y aunque solo quedan escasos ejemplos de puentes de los siglos XVIII y XIX son el prólogo y los precursores de los puentes metálicos en celosía. Los puentes del siglo XIX y principios del XX constituyen el tercer apartado. Al resto de los puentes de este siglo están dedicados los demás capítulos de este libro.

Fig 1. 01 (b) Puente de la Concordia

Fig1 0.1 (b) Puente del Estrecho del Menai

1.1.- Puentes de piedra FigJO.1 (c) Puente de Coalbrookdale

Desde la mas remota antigüedad hasta bien entrado el siglo XIX, el puente arco de piedra constituye la tipología básica de los puentes que se construyen con voluntad de permanecer. Con orígenes no bien conocidos en Asia, el puente arco de piedra alcanza con los romanos la estructura básica que con pocas variaciones, a lo largo de los siglos, va a

determinar la forma de resolver el cruce de calzadas y caminos sobre los accidentes naturales. Fig. 1.1.01. Los elementos básicos de un puente arco de piedra son: en primer lugar, el arco formado

CAPITULO /.- HISTOR/A DEL PUENTE

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por dovelas. En segundo lugar, la calzada, cuyo trazado facilita su uso para peatones o caballerías. El relleno entre arco y calzada, constituye el tercer elemento básico, y sirve de transmisor de las acciones de uno a otro elemento.

Fig /10/ a Puenle de A/cánlara

Finalmente los tímpanos laterales que constituyen el elemento de contención lateral del relleno. Estos elementos básicos se mantienen constantemente a lo largo de todos estos siglos sin variación alguna. En un primer acercamiento al puente de piedra podría decirse que a lo largo de mas de dos mil años no ha experimentado variación alguna. Como veremos, en una visión mas próxima se pueden distinguir la serie de cambios producidos por el paso del tiempo, Fig. 1.1.02. El conjunto de conocimientos científicos que sopOlian la tecnología del puente de arco de piedra, son consistentes pero mínimos, si los miramos con ojos de hoy.

Fig. ]JO/ b Acueducto de Segovia

Fig. /

fO]

c Puenle La Reina

La dimensión científica del conocimiento resistente de las estructuras empieza a perfilarse en los siglos XVII Y XVIII Y eclosiona en el siglo XIX, Mientras tanto el método de prueba y error, de una manera lenta, fue acumulando conocimiento, creando un cOl~junto de reglas básicas que se debían conocer y seguir para tener éxito en la empresa. ¿Cual debe ser el espesor del arco en función de su luz?, ¿el material es piedra o ladrillo? y ¿la curva del intradós debe ser semicircular, un arco formado por uno o tres círculos, elíptica? ¿Cual debe ser su relación flecha-luz? ¿ cual debe ser el espesor de pilas y estribos? ¿Como se debe cimentar un puente en un río? Son preguntas comunes que encierran respuestas recogidas en normas que se siguen con mayor o menor fidelidad en el tiempo. L.B. Albelii en De re aedificatoria, 1452, es el primer autor que establece las reglas que deben seguirse para asegurar la estabilidad y constructivilidad del puente. Palladio en 1 Quattro Libri dell'Architettura, Venecia, 1570, constata el dimensionamiento de los romanos. Gautier,

PUENTES Javier Mamerola Armisen

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Fig 11.02

Blondel, Penonet, etc establecen nonnativas cada vez mas ajustadas y que recogen la experiencia adquirida y su propia invención en lo que debe ser el dimensionamiento de los puentes arco de piedra. Si comenzamos hablando de la relación del espesor del arco con la luz, Fig. 1.1.02., Alberti establece para el espesor del arco que C=L/10, para los arcos generales y puede reducirse a L/15 para algún caso notable y nunca reducirlo de 30 cm. Perronet establece una fónnula mas complicada C 0,325+0,035L y ya en el siglo XIX Lesguiller establece que e = 0,1 + 0,2.[i. Sin embargo este espesor de arco no se refiere para nada a la calidad de la piedra ni a la relación flecha/luz, variables ambas que, como sabemos hoy en día, son detenninantes en la obtención del estado tensional que solicita al arco y en el conocimiento de si ese estado tensional puede ser resistido. C = espesor arco. L = luz arco. En el caso de que la directriz del arco fuese semicircular, la respuesta a la pregunta de cual es la relación que debe existir entre la flecha y la luz del arco sería 1/2. Sin embargo

la directriz semicircular, que se desanolla sin interrupción a lo largo de toda la historia del puente arco, convive con otro tipo de directrices. Para los romanos casi la única directriz que existió fue la semicircular. Existe algún raro ejemplo de directriz pseudo-elíptica, como es el caso del puente Vaison-la-Romaine en Francia. La directriz semicircular está acompañada con la fonnada por dos arcos apuntados y segmentos circulares a lo largo de toda la edad media. El arco apuntado, que se conocía en Irán desde el siglo V, no penetra en Europa hasta el siglo XII y se encuentra de una manera frecuente en los puentes desde esta fecha hasta el siglo XVI. De cara a los puentes de piedra, el arco apuntado es un elTor conceptual. Como hoy sabemos, el antifunicular de cargas, disposición a que debe tender la fonna del arco para eliminar o minimizar las tracciones en la fábrica, tiende a ser en un puente exactamente la contraria a ésta, pues el peso se concentra en "riñones" y no en clave. En este sentido los arcos elípticos o los circulares , de dos o tres centros, pueden concentrar mas curvatura allí donde hay mas carga. Fig. 1.1.03.

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CAPITULO f- HISTORIA DEL PUENTE

Fig 1" 1.03 Puente de Besa/u

Sin duda la coexistencia con el gótico tuvo que influir en el apuntamiento de los arcos; pero si analizamos las razones técnicas que produjeron el estilo gótico vemos que no coinciden con las que se producen en un arco de puente. El gótico tiene como intención aligerar las bóvedas y cúpulas para reducir el empuje sobre los pilares, muros y arbotantes. Para ello, en primer lugar, nerva las fábricas, concentra en determinadas líneas el itinerario de las cargas, líneas que sirven además de plegamiento de las cubiertas lo que les proporciona rigidez a la vez que ligereza. En segundo lugar las bóvedas y cúpulas de las catedrales góticas están fuertemente cargadas en la clave por las grandes cubiertas superiores de madera y pizarra. Ninguna de estas dos razones pertenecen al puente de piedra en arco apuntado. El arco apuntado crea relaciones flecha/luz mayores que en el arco semicircular. Pues si en éstos se establecen relaciones de 112, en el caso de arcos apuntados estas relaciones crecen. Así en el puente de Belcastel la relación es de 1/1,7, en Limoges 1/1,6 Y en Entraygues 111,6. Un arco apuntado con un triángulo equilátero inscrito daría una relación flecha/luz de 111,155.

Algunos autores achacan el apuntamiento del arco a una excesiva precaución en eliminar la deformada de la cimbra durante la construcción de un arco circular. Sin embargo, no sabemos cual es la razón real que condujo a nuestros mayores, de la edad media, a realizar arcos apuntados, que, por otro lado podían coincidir con arcos semicirculares en el mismo puente. Hay que tener en cuenta que el conocimiento de las razones negativas que he acompañado a su proyecto no se conocen hasta el siglo XVIII, cuando Piranesi desalTolla las curvas funiculares. Además si considerásemos que la exactitud geométrica, la aproximación a la curva antifunicular, es el fundamento de la resistencia de los puentes arco, deberíamos convenir que muchos de ellos se deberían haber caído hace mucho tiempo. Los arcos del formidable puente románico de Puente la Reina en NavalTa, Fig. 1.1.01 están tan deformados por las sucesivas demoliciones y reconstrucciones que se han producido a lo largo de la historia, que se hubiesen caído. Sin embargo la capacidad de conducir las cargas a lo largo de los arcos intemos que se pueden formar en estas fábricas, provistas de una gran consistencia intema, es enorme. Todo esto,

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PUENTES Javier Mal1lelOla Armisen

ayudado por la pequeñez de las tensiones que se desanollan en estas estructuras, cuya luz es de 20 m., hace que estos puentes sigan en pie. El arco que si tiene fundamento es el segmento circular con ángulo central menor de 180°. Su definición se realiza por su relación flecha/luz. Ahora sabemos que en un arco semicircular es inútil la parte inferior, Fig. 1.1.04. El antifunicular de cargas se desvía de la geometría exterior y se introduce en el cuerpo del tímpano que es donde se equilibra su carga con la del arco vecino. Razón ésta por la cual es fundamental utilizar una buena disposición de fábricas o sillares en la parte de unión entre dos arcos.

El Ponte Vecchio de Florencia comenzado en 1345 presenta relaciones flecha/luz de 1/6,7. La reducción de la relación flecha/luz, lleva aparejados dos inconvenientes importantes. El tallado de las dovelas que constituyen el arco deben ser mucho mas precisas, pues enores significativos en su ejecución, llevarían a ajustes inadmisibles de su geometría en el momento del descimbramiento. La segunda es que la cimbra tenía que ser mas rígida y precisa. Razón ésta por la que hay que esperar al Renacimiento cuando la perfección técnica era mejor. En teoría, El Ponte Vecchio, es un puente que se adelanta a su tiempo. Fig. 1.1.05.

Fig 1J04

Fig 11.05 Pol1le Vecchio- Florencia

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CAPITULO I - HISTORIA DEL PUENTE

Fig. ¡ ¡ 06 Puente de la Trinidad

El fonnidable puente de la Santa Trinidad en Florencia (1566-1569) de Ammanati, Fig. 1.1.06, presenta un perfil muy tendido con relación flecha/luz de 1/6,6 y arco de tres círculos, un círculo central grande y dos círculos laterales pequeños que no sirven sino para establecer un detenninado acoplamie~1to formal con las pilas. Se inicia así un cam1110 muy fmctífero en el desanollo de los puentes posteriores. El renacimiento introduce otra intención en los puentes. Si en el puente medieval recto o en "lomo de asno", lo estricto, en lo que se refiere a la disposición resistente, es la nonna, sin vestigio alguno de bóvedas nervadas que señalasen la presencia de los grandes artífices de las catedrales, en el renacimiento, la presencia de los grandes arquitectos en el diseño de los puentes es evidente. Los perfiles longitudinales rectos se imponen, así como el tratamiento oma111ental de impostas, tajamares, arcos, comisas y parapetos. El puente se convieIie en una construcción, en la cual, el estricto diseño medieval convive con la omamentación. El puente de Segovia de Madrid, de ReITera, es un acabado ejemplo. Fig. 1.1.07.

Fif!;.l. ¡ 07 Puente de Segovia

Palladio impone con su enonne peso, tanto técnica como fonnalmente, la manera arquitectónica de enfrentarse con el puent~. Su propuesta no realizada para el puente de RIa~to en Venecia es un ejemplo elocuente. FIg. 1.1.08a. Se construyó el proyecto de Antonio da Ponte. Fig. 1.1.08b. Los famosos "comes de vaches" que producen un formidable aspecto en las que podríamos llamar fachadas de los pue.ntes, aparecen en el siglo XVI como acoplamIento

PUENTES

Javiel Manterola Allnisen

Fig.1J08 (a) PI/eme de Rialto-Palladio

Fig. 11 08 (b) Ponte de Rialto-A. Da Ponte

de las bóvedas!. cilíndricas a tajamares inclinados. En el Pont Neuf de París, 1578, Fig. 1.1.09., se decidió ensanchar el puente, para sopoliar casas, cuando ya estaban realizadas las cimentaciones y las pilas del brazo estrecho del Sena. Baptiste du Cerceau decidió aprovecharlas y para acoplar las bóvedas ensan~hadas ~ la inclinación del tajamar, produjo los pnmeros "comes de vaches" que con tanta profusión se han utilizado después con carácter omamental.

El juego de luces y sombras presentes en las impostas parapetos y tajamares se establece también en el frente del puente retranqueado el arco respecto al paramento exterior ó con la disposición de dos arcos superpuestos. También aquí la necesidad de ensanchar los puentes, moviendo el paramento vertical exterior sin mover el arco, produce su efecto en la distribución de luces y sombras que después es buscada por su dimensión omamental.

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CAPITULO 1- HISTORIA DEL PUENTE

Fig 1109 Puente nuevo- París

Esto se emplea también cuando el ensanchamiento es mas impOliante y la nueva bóveda, adosada a la antigua, se coloca en posición más elevada que la antigua. Siguiendo con la dimensión arquitectónica del puente, tenemos tres ejemplos fundamentales de la aportación francesa a hacer clásico el puente arco de piedra. En primer lugar, el ya citado Pont Neuf de 1578 a 1607, de Jacques Ange Gabriel, con luces de 20,8 m., pilas oblicuas al cauce y tajamares muy afilados, coronados por balcones semicirculares y comisas claramente definidas acentuadas por ménsulas ornamentadas. En segundo lugar, el puente Royal de París (1684-85) sobre el Sena diseñado por Jules Hardouin-Mansart y construido por Gabriel. El tercero es el puente de Blois, de 280 m de longitud, de Jacques V Gabriel, en 1716; puente admirable, con perfil longitudinal con ligera pendiente, con variación de la luz de los arcos desde 16 m en los arranques a 26 m en clave en el centro, el cual está coronado por un obelisco para establecer el cambio de inclinación de la rasante. En todos ellos se realiza la tendencia francesa a

definir lo Oliodoxo en cualquier quehacer. Sus rasgos fundamentales son arcos en "anse de ponier" (elíptico o circular de 3 ó 5 centros), cornisas muy acentuadas, parapetos salientes, tajamares triangulares acentuados. Para concluir con la indudable maestría francesa en el diseño de puentes de fábrica a lo largo de los siglos XVII y XVIII conviene acabar con Perronet (1708-1794), autor de puentes tan notables como el puente de Neuil1y, o el puente de la Concordia de París (17871791) donde alcanza una relación flecha-luz de 1:8 para luces de 31 m, lo que sin duda constituye un prodigio de maestría en la elección y tallado de la piedra. Fig. 1.0.1. Volviendo al dimensionamiento del puente arco de piedra, la otra variable fundamental que nos queda por tratar es la anchura de la pila y su relación con la luz del puente. Ya Alberti en su tratado distingue entre pila y estribo, la primera con empujes equilibrados, no plantea problemas de dimensionamientos especiales, en cambio, el estribo debía soportar los empujes desequilibrados de un solo arco.

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Lo relaciona bien con las dos variables de que depende, la altura de la pila y la luz del arco. Establece A=H/4 y 4