2. Cascarones de hormigón
Los cascarones de hormigón también
llamados casetones de hormigón son estructuras
resistentes por forma, lo suficientemente finas como para
no desarrollar momentos apreciables, pero con el
suficiente espesor para soportar cargas axiles y cortantes;
por lo que son ideales para la construcción con hormigón
armado.
3. Tabla
El desarrollo de los cascarones se produce con la aparición del hormigón armado y el desarrollo de métodos de
análisis: en 1874 Aron publica la primera teoría al respecto, y como consecuencia de ello, comienzan a aparecer
ejemplos de cascarones a partir de esta época.
A pesar de esto, es en la década de los años 20 cuando se produce un verdadero aumento del número de
estructuras tipo cascarón construidas. Esto se debe a que la formulación de la teoría de cascarones fue
simplificada: para formas esféricas por Geckeler, para formas cilíndricas por Finsterwalder, etc. Además,
aparecen nuevas formas: paraboloides elípticos (Freyssinet), y el paraboloide hiperbólico, magníficamente
desarrollado por Candela. Por otro lado, en esta época también aparecieron nuevas técnicas constructivas que
permitieron este desarrollo: gunitado y refuerzo rígido (similar al planetario de Jena), elementos prefabricados
(Nervi), el uso de cables de refuerzo y la aparición del pretensado.
Es importante señalar que tan sólo las formas anticlásticas, como el paraboloide hiperbólico, pertenecen
realmente a la era moderna. Su éxito inicial se debió a la necesidad de cubrir grandes áreas con métodos
eficientes y baratos, sin tener que construir grandes estructuras de andamiaje. La eficiencia de estas estructuras
se puede comprobar con la relación espesor radio de las cúpulas construidas en la historia:
En la tabla anterior, se puede comprobar que los espesores están limitados por consideraciones constructivas:
colocación de armaduras, etc.
4. Acción de Cascarón[editar]
Con la acción de cascarón, las principales fuerzas internas que
se desarrollan en respuesta a las cargas se encuentran en el
plano de la superficie, encontrándose en forma de axiles y sin
formarse momentos significativos. Este es el tipo de esfuerzos
que se produce, por ejemplo, en una pompa de jabón, y es lo
que le permite tener unos espesores tan reducidos.
5. Es importante señalar que esta acción es fruto de la interacción entre las condiciones de carga y la forma de la estructura,
por lo que no todas las superficies que presenten curvatura trabajarán de este modo. Algunos buenos ejemplos son las
formas esféricas y los paraboloides hiperbólicos.
Para llegar a estas formas que creen acción de cascarón, se pueden estudiar mediante el uso de membranas inflables
(Heinz), obteniendo formas funiculares con telas y luego creando su antifunicular (Gaudí), o mediante el estudio
computacional. Las llamadas formas libres raramente presentarán acción de cascarón.
Dado que no se pueden presentar momentos apreciables en estas estructuras, las cargas puntuales no son bien
soportadas, estando especialmente indicadas para cargas repartidas (véase el ejemplo de un huevo de gallina sometido a
este tipo de cargas, ya que se trata de un cascarón , y por lo tanto presenta acción de cascarón).
Para entender cómo trabaja este tipo de cascarones, haremos una analogía con una membrana, como una burbuja. En
una membrana con una carga, se produce una deformación de forma que las fuerzas se desarrollan en la superficie de la
membrana. Si invertimos el modelo, obtenemos el comportamiento de la estructura de estudio. Es importante señalar que
dichas fuerzas se desarrollan en dos direcciones perpendiculares, produciéndose además un esfuerzo tangencial de
cortante que también colabora a soportar las cargas.
6. Cascarones esféricoS
Se definen los cascarones esféricos como aquellos cascarones que están
formados por una porción de superficie esférica.
Este tipo de cascarones puede soportar variaciones de cargas, siempre y
cuando estas sean graduales, ya que sino se producirían momentos. En el
caso en que hubiera grandes discontinuidades en las cargas repartidas, los
momentos se reducirían a la zona de la discontinuidad y no se expandirían por
la estructura.
Es por esto que este tipo de estructuras se puede considerar como
antifunicular para diferentes casos de carga, aunque su forma no sea
propiamente funicular.
Si analizamos las fuerzas internas desarrolladas, vemos que se producen dos
tipos: fuerzas meridionales y fuerzas perpendiculares a estas. Las fuerzas
merdionales desarrolladas bajo una carga vertical repartida son siempre a
compresión. Las fuerzas perpendiculares, en cambio, pueden ser a tracción o
a compresión, en función de la posición en la que estén (en la zona superior a
compresión y en la inferior a tracción). Además, se producen esfuerzos
cortantes que contribuyen a soportar dichas cargas.
Por último, analizaremos las condiciones de apoyo.Hay que tener especial
cuidado con estas, ya que hay que crear un anillo en la base que impida que
el cascarón se "abra". Esto implica la aparición de deformaciones impuestas
en la base al impedir este movimiento, que ocasionan momentos en las zonas
próximas. Generalmente, esto se suele solucionar aumentando el espesor en
estas zonas.
7. Cascarones cilíndricos
Estas formas trabajan como cascarones cuando
se encuentran formando bóvedas, donde son
similares a una multitud de arcos unidos entre
sí. Si su superficie es lo suficientemente rígida,
el cascarón también se comporta como una
placa, lo cual puede ser útil para soportar cargas
no uniformes.
Hay que tener en cuenta que si en vez de
soportarse longitudinalmente, se coloca
apoyada sobre los extremos, como una viga, su
comportamiento se asemejará más a esta según
aumenta la luz cubierta.
8. Cascarones de paraboloides hiperbólicos
Se trata de un cascarón formado por una superficie
reglada. Si sus bordes son lo suficientemente rígidos, una
acción similar a la del arco se desarrollará en las regiones
de curvatura convexa, mientras que en las de curvatura
cóncava, se desarrollará una acción similar a la del cable;
variando las compresiones y tracciones en función de
esto.
Si este tipo de cascarones se vuelve demasiado plano,
con curvaturas muy reducidas, se corre el riesgo de que
comience a trabajar como una placa, por lo que se trata
de un aspecto a tener en cuenta.
Se pueden crear muchos tipos de cascarones de
paraboloides hiperbólicos mediante la unión de estos.
Como clara referencia en este modelo, hay que citar al
arquitecto español Candela, quien creó numerosos
cascarones de este tipo
9. TORSIÓN EN LOS PUENTES
La torsión, la cual es una fuerza rotatoria o que tuerce, es
una fuerza que ha eliminada con eficacia en los diferentes
tipos de puentes, exceptuando los puentes en
suspensión. La forma natural de arco y la estructura
adicional del entramado del puente de viga han eliminado
los efectos destructivos de la torsión en esos tipos de
puentes. Los puentes en suspensión, sin embargo,
debido a el mismo hecho de que están suspendidos
(colgando de un par de cables), son algo más
susceptibles a la torsión, especialmente en vientos
fuertes.
10. Todos los puentes en suspensión tienen entramados que
ponen rígida la cubierta, que como en el caso un puente
de viga que efectivamente eliminan con eficacia los
efectos de la torsión; pero en los puentes en suspensión
de longitud extrema, el entramadode la cubierta solo no
es suficiente. La prueba de Túnel de Viento dirigido
generalmente para determinar la resistencia del
puente a los movimientos torsionales. Las estructuras
aerodinámicas, los cables diagonales, son algunos de los
métodos empleados para atenuar los efectos de la
torsión.
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14. Puente de Tacoma (1940)
l puente de Tacoma Narrows construido
en 1940, fue el primer cruce a través
del estrecho de Tacoma. Este puente
colgante, situado en el
estado estadounidense de Washington,
atravesaba el estrecho de Puget
Sound en Tacoma Narrows,
entre Tacoma y la península de Kitsap.
Se abrió al tráfico el 1 de julio de 1940
y colapsó dramáticamente el 7 de
noviembre del mismo año. En el
momento de su construcción, era el
tercer puente colgante más largo del
mundo en términos de la longitud del
vano principal, solo por detrás del Golden
Gate y del puente George Washington.
15. Siguiendo el diseño de Moisseiff, la construcción del
puente comenzó el 27 de septiembre de 1938. La
construcción duró solo diecinueve meses, a un costo de
6.4 millones (123.2 millones en la actualidad), que fue
financiada por la subvención de la PWA y un préstamo de
la RFC.
Eldridge, "ingenieros consultores de la costa este"
Su teoría de la distribución elástica amplió la teoría de la desviación originalmente
ideada por el ingeniero austriaco Josef Melan para determinar la flexión horizontal
bajo una carga de viento estática. Demostraron que la rigidez de los cables
principales (a través de los tirantes) absorbería hasta la mitad de la presión estática
del viento empujando una estructura suspendida lateralmente. Esta energía sería
luego transmitida a los anclajes y las torres.
16. El puente de los estrechos de Tacoma, con un tramo
principal de 2800 pies (853,4 m), fue el tercer puente
colgante más largo del mundo en ese momento, después
del Puente George Washington entre Nueva Jersey y la
Ciudad de Nueva York, y el Puente Golden Gate, que
conecta San Francisco con el Condado de Marin al norte.6
Debido a que los planificadores esperaban volúmenes de
tráfico bastante ligeros, el puente se diseñó con dos
carriles, y solo tenía 39 pies (11,9 m) de ancho, un tablero
bastante estrecho especialmente en comparación con su
longitud. Con una viga-cajón de tan solo 2,4 m de canto
total, la sección de la calzada del puente también era
bastante estrecha.
17. La decisión de usar un cajón tan estrecho y con tan poco
canto resultó ser la perdición del puente de Tacoma
original. Con esta mínimo cajón, el tablero del puente no
era lo suficientemente rígido, siendo fácilmente
desplazado por el viento. Desde el principio, el puente se
hizo famoso por su movimiento. Un viento de leve a
moderado podría hacer que las mitades alternativas
del tramo central se elevasen y cayesen visiblemente
varios pies en intervalos de cuatro a cinco segundos. Esta
flexibilidad del puente fue experimentada por los
constructores y por los trabajadores durante la obra, lo
que llevó a bautizarlo informalmente como "Galloping
Gertie". El apodo pronto se popularizó, e incluso el
público (cuando comenzó el tráfico de peaje) sintió estos
inusuales movimientos el día en que se abrió el puente el
1 de julio de 1940.
18. El puente se derrumbó porque los vientos de velocidad
moderada produjeron un aleteo aeroelástico que coincidía
con la frecuencia natural del puente. El colapso impulsó
la investigación en aerodinámica y aeroelasticidad
estructural, que ha influido en los diseños de todos los
puentes con grandes luces posteriores.
19. Un puente atirantado, en ingeniería civil, es un puente
cuyo tablero está suspendido de uno o varios pilones
centrales mediante obenques. Se distingue de
los puentes colgantes porque en estos los cables
principales se disponen de pila a pila, sosteniendo el
tablero mediante cables secundarios verticales, y porque
los puentes colgantes trabajan principalmente a tracción,
y los atirantados tienen partes que trabajan a tracción y
otras a compresión. También hay variantes de estos
puentes en que los tirantes van desde el tablero al pilar
situado a un lado, y de ahí al suelo, o bien están unidos a
un único pilar como el puente del Alamillo en Sevilla.
20. Los puentes atirantados ocupan un punto medio entre los
puentes de acero de contrapeso y los colgantes. Un
puente colgante requiere más cables (y más acero), y uno
de contrapeso, más acero para su construcción, aunque
desde el punto de vista estructural serían puentes que
trabajan en modo contrapeso.
Este tipo de puentes se usa en vanos medianos y
grandes con luces que van de los 300 metros al kilómetro,
como en estrechos y bahías, aunque para vanos mayores
de un kilómetro, en la actualidad se usan solamente
puentes colgantes. Si el diseñador lo considera y las
condiciones del fondo lo permiten, se pueden construir
puentes atirantados de vanos sucesivos que salvan luces
mayores del kilómetro, como es el caso del Puente de
Río-Antirio o el Viaducto de Millau. Este tipo de puentes
también se emplea para pequeñas pasarelas peatonales.
21. Una de las características de estos puentes es el número
de pilones: hay puentes con uno solo o con varios, lo más
típico es que estén construidos con un par de torres cerca
de los extremos. También se caracterizan por la forma de
los pilones (forma de H, de Y invertida, de A, de A cerrada
por la parte inferior (diamante), una sola pila...), y si los
tirantes están sujetos a ambos lados de la pista, o si la
sujetan desde el centro (dos planos de atirantamiento o
uno solo, respectivamente). Asimismo es característica la
disposición de los tirantes, ya que pueden ser paralelos o
convergentes (radiales) respecto a la zona donde se
sujetan en el pilón. Igualmente pueden tener un gran
número de tirantes próximos, o pocos y separados, como
en los diseños más antiguos.
Algunos puentes tienen en los pilares los mismos tirantes
en el vano central del puente que en los de los extremos,
otros tienen más cables en el vano del centro que en los
vanos extremos, también conocidos como vanos de
compensación.
Algunos puentes atirantados son puentes mixtos, con
unos vanos atirantados y otros de tipo puente viga, como
es el caso del Puente de Rande.
