Fig. 20
Estructura de los puentes metálicos
CAPÍTULO 5.°
Elementos principales. — Clasificación
39 . — Un puente metálico comprende los siguientes elementos:
a) Vigas principales, formas, cuchillos ó cerchas.Las formas transmiten el peso propio de la obra y las cargas accidentales á los estribos y pilas ; el tablero sostiene el piso de la vía principal y los andenes ; las placas reparten la presión de los cuchillos sobre los macizos de fábrica y, finalmente, los arriostramientos aseguran la rigidez de la estructura.
b) Tablero.
c) Placas de asiento.
d) Arriostramiento.
40 . — Los puentes metálicos se agrupan de varios modos.
1. ° Con arreglo al servicio que prestan, distínguense cuatro categorías: puentes de ferrocarril ó ferroviarios , id . para carreteras ó carreteros, pasarelas y puentes especiales.
2 . ° Las vigas maestras se llaman jácenas cuando, hallándose solicitadas por cargas exclusivamente verticales, promueven reacciones verticales y, arcos, cuando en iguales circunstancias, engendran empujes en los macizos de sostén.
Nótese que, para distinguir las jácenas de los arcos se prescinde de la forma de los cuchillos. (fig. 20).
Croquis a) b) c) . Jácenas apoyadas por sus extremos.
d) Jácena continua de tres tramos, sin articulaciones.
e) Id . id ., con articulaciones .
f) g) Arcos con tres articulaciones.
h) Arco con dos articulaciones.
i) » empotrado.
Los arcos pertenecen á la categoría de las jácenas, cuando los empujes se hallan contrarrestados por medio de tirantes ; además, pueden ser continuos, conforme lo indica la figura 21.
3 . ° La composición de las vigas maestras motiva las siguientes variedades:
Vigas de alma llena.
» caladas.
Las últimas se subdividen en dos grupos:
Vigas de grandes mallas .
» en celosía.
Para mayor fijeza, véanse croquis , fig . 22.
a) Viga de alma llena;
b) » triangulada simple;
c) » » múltiple;
d) » íd. id., en forma de celosía.
Empléase con frecuencia, á nuestro entender impropiamente, la expresión barras de celosía, en el concepto de aspas, barras diagonales ó simplemente diagonales; las mallas de la celosía son estrechas ó deja de haber tal celosía.
4. º Si se atiende á los procedimientos de cálculo, resultan cuatro variedades, según sea ó no posible determinar estáticamente las reacciones exteriores y los esfuerzos que actúan en las barras de la estructura.
5 . ° La dirección de la vía — ferrocarril ó carretera — con respecto á los paramen tos de los estribos, determina dos agrupaciones: puentes rectos y puentes oblicuos ó en esviaje y, finalmente ,
6 . ° Con arreglo á la posición del tablero, se distinguen los puentes de vía superior, intermedia é inferior. La posición del tablero depende de la rasante del camino : siempre que las circunstancias del proyecto lo permiten , adóptase con preferencia el tablero superior , pues en tal caso, es fácil conseguir una perfecta trabazón de la estructura metálica, sin entorpecer la vía, aun cuando las vigas maestras no sean muy altas.
Detalles de construcción
41 . — Disposición de las jácenas. —
Para salvar pequeños vanos — hasta 20 met. — empléanse vigas laminadas, (figs . 23 y 24).
Las fábricas nacionales laminan, como máximum, el perfil normal núm . 32 pero, fuera de España , pueden adquirirse viguetas de mayor altura (véase tabla XI bis).
A partir de 20 m. luz, no son recomendables las viguetas ; en este caso, se emplean vigas armadas, de alma llena , y vigas trianguladas .
Las primeras se componen generalmente de un palastro vertical, cuatro angulares y dos tablas, conforme indica el croquis 25; otras veces se emplean vigas dispuestas en forma de cajón, conforme á la fig. 26 . Para que las paredes verticales tengan suficiente rigidez, conviene reforzarlas de trecho en trecho con montantes, en la forma indicada: croquis a) y b), (fig. 27). El espesor de las cantoneras se salva acodillando los extremos de los montantes ó bien, por medio de forros, si se quiere evitar ese trabajo.
Los montantes extremos suelen ser más robustos que los intermedios, en vista de que soportan las reacciones de los apoyos, de un modo directo.
Tratándose de vanos que pasen de 20 met. se emplean vigas maestras trianguladas. Todas las partes de una viga de alma llena trabajan por flexión y por tronchadura; en las vigas trianguladas, se admite que las barras pueden orientarse libremente, girando al rededor de los puntos de encuentro de sus ejes — nodos — y, conforme á tal supuesto, solo trabajan por tracción ó por compresión . Los constructores norteamericanos emplean articulaciones efectivas en los nodos pero este ejemplo no ha sido imitado porque requiere una labor de mucha exactitud y resulta caro.
Las vigas trianguladas se componen de dos partes:
a) bandas, nervios, cordones, superiores ó inferiores, según la posición que ocupan;Una jácena triangulada se puede calcular por los procedimientos de la estática, siempre que las mallas no contengan barras excedentes. Cuando se trata de vigas de triangulación múltiple es preciso, para el cálculo, suponerlas descompuestas en sistemas simples, considerando la parte de carga que, á cada uno de ellos, corresponda.
b) mallas, diagonales ó montantes, según su inclinación.
En las vigas de grandes mallas, los nodos consecutivos están muy distantes entre sí y, como no conviene apoyar piezas en los cordones, fuera de dichos puntos, para que no intervengan esfuerzos de flexión, se añaden algunas barras á la triangulación principal, con objeto de aumentar el número de asientos del tablero. Los croquis a) b) (fig. 28) dan una idea de este pormenor.
Las vigas maestras se distinguen por la forma de los cordones , v. gr.:
a) viga recta, (fig. 20).La composición de las bandas es muy variada: Si las cargas no son muy importantes, suele adoptarse el tipo a) (fig. 29); el croquis b) es análogo, pero reforzado; la forma de cajón c) d) e) f) etc. se emplea cuando es preciso que las bandas tengan mucha rigidez lateral; en el caso de adoptar esta forma en los cordones inferiores, conviene dejar algunas aberturas en el fondo (croquis f), para que las aguas pluviales no se estanquen en el cajón. El paralelismo de las paredes se logra por medio de nervios transversales dispuestos de trecho en trecho, según convenga. — Fig. 30 , d).
b) » parabólica (bow - string) .
c) » semi-parabólica.
La sujeción de las aspas y montantes á los cordones suele ser directa, cuando la superficie de contacto de dichas piezas admite los remaches necesarios para la costura; en caso contrario, es preciso valerse de cartabones intermedios (croquis g).
El perfil de las mallas es muy variado: de ordinario, se emplean cantoneras dispuestas en forma de + (fig. 30). a), b), c); el croquis d), corresponde al caso de haber dos paredes verticales en los cordones.
Si la escasa amplitud de las bandas ó la disposición de las mismas, impide la costura directa de las mallas, esta se efectúa con arreglo á la (fig. 31).
Aunque las barras estén solicitadas por esfuerzos de tracción, no es recomendable el empleo de hierros planos, salvo en las vigas en celosía, dado que la flexibilidad de las llantas impide adaptarlas exactamente á las cotas axiales de la estructura; algunas mallas quedan flojas y no intervienen, en la medida prevista, al contrarresto de los esfuerzos correspondientes. En las figuras 30 y 31 ha sido observada esta consideración .
Los ejes neutros de las barras deben coincidir en los nodos (croquis a) y siguientes), de lo contrario se originan flexiones en las juntas.
Para economizar mano de obra, se procura que los cortes de los cartabones sean rectos, sin embargo, en algunos casos conviene dar garbo á las líneas de conjunción de las mallas atendiendo al buen aspecto de la obra . (Fig. 32 ).
42. — Tablero.—
Constituyen el tablero de un puente, las piezas que sostienen el piso :
a), entramado metálico;El pavimento, en los puentes - carreteros y la vía, en los de ferrocarril, son accesorios del tablero que pueden ser considerados aparte, puesto que no influyen en la estructura esencial de la obra.
b), elementos de relleno.
a). El entramado del tablero se compone de vigas transversales y largueros ; pertenecen también al mismo, las ménsulas y larguerillos de los andenes, si los hubiere.
La figura 33 indica la manera de sujetar las viguetas transversales á las jácenas de alma llena; para esto se aprovechan los montantes de refuerzo mencionados en el § 41.
Cuando se trata de vigas transversales compuestas de alma y cantoneras, la sujeción se efectúa por medio de cartabones y bridas , conforme á la fig. 34.
Empléanse análogas disposiciones, para unir los largueros á las paredes de las vigas transversales (fig. 34). En algunos puentes, la rasante de la vía permite el apoyo directo de los largueros sobre las vigas transversales y la sujeción se efectúa por medio de escuadras.
Caso que la vía esté montada sobre las vigas maestras, no hacen falta vigas transversales ni largueros; entonces (fig. 35) , los travesaños actúan como piezas de arriostramiento.
En los puentes debe haber, por lo menos un andén, para el tránsito de peones; permitiéndolo la separación de las jácenas, las aceras forman parte de la vía principal (fig. 34); en otros casos, son voladizas, conforme á la fig. 35. Las ménsulas están constituidas generalmente por escuadras y cartabones, sujetos á los montantes de las vigas maestras; el extremo voladizo debe prestarse á recibir los balaustres del antepecho: la fig. 36 indica una de las disposiciones más sencillas, con tal objeto.
b). Elementos de relleno.— Los elementos de relleno sirven para tapar los huecos del entramado horizontal y constituyen el lecho del pavimento. Indicaremos someramente las disposiciones usuales.
1.° — Chapas combadas. — Las chapas combadas se apoyan por sus bordes longitudinales, sobre las vigas del tablero y sirven de sostén al firme de la vía; nótanse dos disposiciones: arqueada y colgante. Las chapas colgantes requieren mayor volumen de obra de fábrica que las bovedillas pero, en cambio, facilitan la salida de las aguas pluviales que se infiltran por el relleno. La fig. 37 es una muestra del primer tipo, aplicada á un puente de ferrocarril.
2.º — Chapas embutidas. — Las chapas embutidas son de forma rectangular, cuadrada ó trapezoidal, estas últimas sirven para cubrir los huecos en los extremos de los puentes en esviaje; el asiento de tales placas se efectúa por los cuatro bordes, en las dos disposiciones del caso anterior — véase figura 38 a) y b), — esto es: placas embutidas abovedadas, id. id. colgantes; conviene enlazar los bordes contiguos de estas piezas, por medio de cubrejuntas, para que los esfuerzos horizontales que experimentan las placas cargadas desigualmente, como acontece en la práctica, tengan el debido contrarresto.
3.º — Chapa ondulada. — Las chapas onduladas se apoyan sobre las vigas del tablero, conforme indica la fig. 39, y quedan sujetas por medio de algunos remaches para que no puedan deslizarse y contribuyan á la trabazón del entramado .
4° — Perfiles Zorés. — La fig. 40 muéstra la disposición de estos perfiles en el tablero de un puente; para cerrar las rendijas, entre dos barras adyacentes, se emplean ladrillos de forma adecuada ó bien pletinas que, además de tapar los intersticios, sirven de medio de sujeción.
5.º — Bovedillas de ladrillo. — Las bovedillas de ladrillo (fig. 41) son más duraderas que los elementos metálicos precitados pero, en cambio, representan un peso inerte considerable para acomodarlas en obras de poco coste.
6.° — Hormigón armado . — Actualmente, en vez de bovedillas de ladrillo se prefiere el hormigón armado pues reúne las condiciones apetecibles de ligereza y duración .
La fig. 42 representa un tablero de cemento armado con varillas de hierro ; la fig. 43, una disposición análoga, con metal expandido, sobre vigas y arcos Golding.
7.º — Madera. — En algunos casos conviene cubrir las vigas del piso por medio de una entablación; esta es sencilla ó doble, según la importancia de la vía. La fig. 44 representa un tipo de entablación doble: los maderos de la primera hilada están asentados sobre rastreles sujetos á las viguetas del tablero. Para que las aguas llovedizas puedan escurrirse, se da una ligera comba á los tablones del lecho superior, situados al través del paso; ó bien, se dejan intersticios entre las piezas de la tablazón.
43. — Accesorios del tablero. —
Consideraremos como accesorios del tablero: el pavimento de la via principal y de los andenes, los antepechos, las rejillas de desagüe, los medios adoptados para evitar el descarrilamiento de los trenes en el puente, etc.
1.° — Pavimento. — Las figuras que anteceden indican la composición del piso en sus variedades usuales. El piso de los andenes suele ser de chapa estriada ó de madera, en los puentes ordinarios, pero en los de mucho tránsito, se adopta para las aceras un solado de adoquines, losas, cemento, etc., análogo al de la vía principal.
2.º — Barandillas, pretiles, antepechos. — La importancia de semejantes accesorios y su estructura, desde el punto de vista decorativo, depende del emplazamiemo y magnitud de la obra. La fig. 45 indica los pormenores de un modelo de barandilla, de frecuente empleo, por su buen aspecto y fácil ejecución. Se usa también una variante de este tipo con las mallas en forma de 8. Otras veces, la barandilla consiste en pilastras de fundición atravesadas por tubos de hierro dulce, de 25 á 50 m/m de diámetro (fig. 37). Para evitar el vuelco de los pies derechos faltos de rigidez, conviene sostenerlos por medio de jabalcones, conforme indica la fig. 24
3.º — Sumideros. — Para dar salida al agua de lluvia aglomerada en el pavimento, se colocan sumideros de hierro colado, de trecho en trecho, en los arroyos laterales del firme . (Fig. 46 a)
Las aguas que logran atravesar el relleno, se escurren por aberturas dispuestas en el fondo de la caja del tablero y convenientemente protegidas por caperuzas de fundición ; figs . 43-46 b) c).
Cuando se trata de un paso inferior, suelen reunirse las aguas en una canal, para verterlas en los extremos del puente.
4.° — Particularidades de la vía en puentes de ferrocarril. — El art. 24 del Reglamento prescribe el empleo de contra-carriles, para evitar descarrilamientos sobre el tablero y la fig. 47, muestra varios pormenores relacionados con esta prescripción.
Los carriles suelen apoyarse sobre largueros de madera ó sobre traviesas . En este caso, tratándose de vigas compuestas, conviene la disposición a) (figura 48), para que, al flexar las traviesas, no se deformen las cantoneras interiores, como indica el croquis b) .
La fig. 49 muestra la forma de sujeción de los largueros y traviesas de madera á las vigas del tablero.
"Puentes metálicos", Nicolás Tous y Caze (Ingeniero industrial)
Imprenta Elzeviriana de Borrás y Mestres, Barcelona, 1909