mini|300px|Aparato de apoyo de un puente en forma de rótula articulada entre dos balancines thumb|Junta de expansión en el Puente Queen Elizabeth II Metro
Un aparato de apoyo es un dispositivo estructural que sirve para predeterminar la manera en la que se conectan entre sí algunos elementos de los puentes y de otros tipos de construcciones. Su propósito es permitir un movimiento controlado y, por lo tanto, reducir las tensiones inducidas por diversos fenómenos entre las distintas partes de una estructura. En el caso particular de los puentes, se colocan para proporcionar unas condiciones adecuadas para apoyar el tablero sobre los pilares y/o los soportes extremos de la estructura (denominados estribos).
Las posibles causas que generan deformaciones o movimientos en una estructura son la dilatación térmica; la fluencia (un proceso de deformación plástica a largo plazo) o la contracción de algunos materiales como el hormigón tras su puesta en obra; el asentamiento de las cimentaciones; los terremotos; el efecto del viento; en algunos casos las cargas de frenado y el peso propio en circulación de vehículos de gran peso (como los ferrocarriles); o indirectamente, la fatiga de los materiales que componen las juntas de apoyo. Hay varios tipos diferentes de juntas de puente que se utilizan según una serie de factores diferentes, incluidos la tipología y la longitud total del puente y de sus vamos; las condiciones de carga; y sus condiciones de diseño. La forma más antigua de apoyo de puente consiste simplemente en dos placas metálicas que descansan una encima de la otra. Una forma utilizada habitualmente en los puentes modernos son los apoyos elastoméricos. Otro tipo conocido son los dispositivos mecánicos, que a su vez incluyen tipos específicos como las articulaciones con pasador y los cojinetes de rodillos, así como los apoyos fijos que permiten la rotación entre los elementos que conectan, pero no otras formas de movimiento.
Historia center|220pxRepresentación simbólica de tipos de apoyos que permiten que una barra horizontal se mueva de diferentes maneras en el plano:1) Desplazamiento horizontal y rotación 2) Traslación en todas las direcciones 3) Movimiento lineal 4) Extremo de la barra que se mueve libremente 5) Par cinemático6) Desplazamiento paralelo en una trayectoria determinada 7) Restricción8) Desplazamiento vertical paralelo y rotación mini|Apoyo articulado sobre rodillos múltiples (puente ferroviario sobre el río Spree en Cottbus)|center|x150pxmini|Apoyo articulado fijo (sin desplazamiento horizontal) del mismo puente|center|x150px mini|Juntas de apoyo articuladas de los arcos de la desaparecida Galería de las Máquinas de París
En los puentes de fábrica, las cargas se transmiten al terreno a través de los arranques de los arcos o de los pilares sobre los que se disponen. Pero con los puentes metálicos que hacen su aparición al principio del , un tablero soporta la carga y la transmite al suelo mediante una serie de soportes (pilares o estribos) sobre los que se apoya. Pero dado que el acero puede dilatarse o contraerse por efecto de la temperatura, el tablero no puede descansar sobre los pilares sin que un dispositivo sea capaz de absorber estas dilataciones. Se considera entonces que más allá de los 15 metros de luz, las vigas del tablero deben apoyarse sobre placas deslizantes o dispositivos de expansión de rodillos. Los aparatos de dilatación son carros que descansan sobre rodillos de hierro fundido o acero, cuyas fórmulas de cálculo fueron formalmente definidas por el ingeniero franco-suizo Maurice Koechlin (1856-1946) en 1900.
Las estructuras primero de hormigón y después de hormigón armado, nacieron tras la invención del cemento artificial por parte de Louis Vicat en 1840. Sería a partir de 1892, una vez que François Hennebique hubiera ideado y patentado la primera disposición correcta de las armaduras de una viga de hormigón armado, cuando se produjo el auge los puentes de hormigón armado. Desde los primeros puentes también apareció aquí la necesidad de instalar apoyos fijos o móviles, de acero o de hormigón armado.
Los primeros apoyos para estructuras de hormigón fueron las juntas introducidas en 1907por Augustin Mesnager,Ouvrages d’art - Fascicule 13– Appareils d’appuis (2002), p 61 pero rápidamente fueron sustituidos por las juntas Freyssinet, formadas por una sección estrecha de hormigón atravesada por armaduras pasivas.Ouvrages d’art - Fascicule 13– Appareils d’appuis (2002), p 62 Una nueva clase de juntas, denominadas tipo Caquot, aparecieron en 1928.
El uso de elastómeros al comienzo de los años 1950 supuso una gran evolución. Formados inicialmente por simples capas de caucho intercaladas con un material tejido, la adhesión por vulcanización apareció en 1956.Ouvrages d’art - Fascicule 13– Appareils d’appuis (2002), p 15 Posteriormente, en los años 1990, se utilizaron soportes con elastómeros confinados entre pletinas de acero.Ouvrages d’art - Fascicule 13– Appareils d’appuis (2002), p 17
Los dispositivos tipo "pot", que consisten en una base de metal en forma de olla cilíndrica en la que se encierra un cojín de goma, aparecieron al comienzo de los años 1960. En algunos casos, se les puede insertar en la parte superior una placa de bajo rozamiento, generalmente de PTFE (politetrafluoroetileno), para permitir deslizamientos.Ouvrages d’art - Fascicule 13– Appareils d’appuis (2002), p 19
Configuraciones de aparatos de apoyo
Articulaciones giratorias Estos elementos de apoyo disponen de superficies curvas que permiten el giro del elemento superior. A medida que el puente se expande, se inclinan para permitir el movimiento del tablero en dirección horizontal. Suelen estar construidos con acero, y habitualmente se usan en puentes de carretera.
Apoyos elastoméricos
Los apoyos elastoméricos son el tipo más extendido en la actualidad. Son de compuestos elásticos y carecen de mecanismos con partes móviles, ya que la deformación de la propia goma permite el movimiento controlado del puente. Se pueden fabricar a bajo costo y necesitan un mantenimiento muy reducido, al contrario que otros dispositivos metálicos que tienen partes móviles. También es habitual reforzarlos con acero para hacerlos más resistentes en caso necesario.
Apoyos deslizantes Los apoyos deslizantes poseen una superficie plana para permitir el movimiento horizontal y una superficie esférica para permitir la rotación, comportándose como una rótula esférica. Aunque solían estar hechos de metal, los apoyos deslizantes ahora tienden a fabricarse mediante láminas de politetrafluoroetileno, un material con un reducido coeficiente de rozamiento y gran resistencia al desgaste.
Rótulas esféricas Como sugiere su nombre, estos apoyos tienen forma de casquete esférico. Solo permiten la rotación y evitan el movimiento en las direcciones horizontal y vertical.
Aparatos de apoyo metálicos thumb|Aparato de apoyo de balancín y contacto lineal |center|x164pxthumb|Aparato de apoyo de balancín con rótula axial|center|x164px thumb|Aparato de apoyo de balancín con casquete esférico, que permite el giro de la pieza libre en cualquier dirección |center|x124pxthumb|Aparato metálico de múltiples rodillos. Los rodillos solo permiten el movimiento por traslación, el dispositivo se completa con una rótula en su parte superior|center|x124px thumb|upright=0.7|Aparato de apoyo con biela. La biela también funciona como un dispositivo anti-elevación mini|Detalle del aparato de apoyo del puente d’Henrious, en Bras-d'Asse (1927)
Aparatos de placa de metal Son los dispositivos más simples y antiguos. Se encuentran en estructuras antiguas con longitudes expandibles que rara vez superan los 20 m y localizaciones de la carga distribuidas en un número bastante grande de puntos. Consisten en una placa de plomo o zinc para los más antiguos o dos placas que se deslizan una sobre la otra. En caso de rotación por flexión, la superficie de contacto se reduce a una línea.Ouvrages d’art - Fascicule 13– Appareils d’appuis (2002), p 22
Dispositivos de balancín Este tipo de apoyos constan de varias partes, una de las cuales tiene una superficie curva, cilíndrica o esférica, denominada balancín, sobre la que puede rodar otro elemento plano o curvo.
Balancines de contacto lineal Están compuestos por una superficie cilíndrica rodante sobre una superficie plana y permiten la rotación en un sentido y aseguran la función de soporte fijo. La guía se proporciona mediante pasadores o dientes. Estos dispositivos todavía se fabrican en Francia.Ouvrages d’art - Fascicule 13– Appareils d’appuis (2002), p 23
Balancines con rótulas axiales Usados solos, actúan como un apoyo fijo. Por lo general, incluyen una guía que evita que el eje se desplace. Se encuentran junto a un plano de deslizamiento formado por múltiples rodillos para asegurar adicionalmente la función de movimiento longitudinal.
Balancines de contacto puntual Son pequeños apoyos compuestos por una superficie esférica convexa sobre la que se desplaza sin deslizar, una superficie plana o una superficie esférica cóncava de gran radio. Permiten rotaciones en todas las direcciones, mientras juegan el papel de soporte fijo.Ouvrages d’art - Fascicule 13– Appareils d’appuis (2002), p 63
Balancines esféricos y cilíndricos Los casquetes esféricos son una variante de los dispositivos anteriores. La superficie de contacto es esférica, con los balancines superior e inferior del mismo radio. Hay tapas cilíndricas que son variantes de balancines axiales de bola y casquillo.
Existen dispositivos más modernos cuyas superficies de fricción están hechas de placas de PTFE (politetrafluoroetileno).Ouvrages d’art - Fascicule 13– Appareils d’appuis (2002), p 64
Dispositivos de rodillos Aseguran tanto el desplazamiento longitudinal como la rotación del eje transversal debido a la flexión del tablero. Hay varios tipos de dispositivos: rodillo simple, rodillo simple truncado (o canto rodado), rodillo con lados aplanados (o péndulo), rodillos múltiples.
Bielas Las bielas permiten una doble articulación. Por lo tanto, generalmente se utilizan en la unión de dos elementos cuyos movimientos son independientes. Los puedes encontrar en puentes colgantes, voladizos, etcOuvrages d’art - Fascicule 13– Appareils d’appuis (2002), p 65...
Por su diseño se buscarán posibles desórdenes a nivel de las superficies de contacto (ejes, etc.), ovalización por desgaste, juego anormal, bloqueo por corrosión, desplazamiento. En caso de traslación importante, las bielas provocan desniveles entre los elementos.
Problemas de los apoyos metálicos El daño que pueden sufrir los apoyos metálicos se debe a la corrosión de las partes metálicas o a la laminación de los rodillos cuando los hubiere. Hay tres tipos:Ouvrages d’art - Fascicule 13– Appareils d’appuis (2002), p 44
Mal funcionamiento de los rodillos o inclinación incorrecta de los balancines Este problema puede tener graves consecuencias y se deben tomar las medidas de protección adecuadas (instalación de cuñas de seguridad debajo de la estructura, dejando un espacio entre la cuña y el intradós, por ejemplo). Este valor de inclinación debe medirse en función de la temperatura ambiente del día de la medición y calcularse para una posición extrema del puente (temperaturas máxima y mínima).
Las causas de estos fallos de inclinación pueden tener varios orígenes: Un error de cálculo o posicionamiento de un punto fijo (la posición de todos los apoyos de la estructura se deben distribuir sobre un mismo plano para analizar el comportamiento general de la estructura y no permanecer en una sola línea de apoyo) Una infravaloración de la deformación por fluencia lenta Un movimiento de la estructura Un movimiento de un apoyo (empuje de un terraplén sobre un estribo, por ejemplo).
Rotura de dientes y dispositivo anti-deslizamiento