Puente - Bridge

El puente de Orwell en Ipswich , Suffolk, Inglaterra

Un puente es una estructura construida para atravesar un obstáculo físico (como una masa de agua, un valle, una carretera o un ferrocarril) sin bloquear el camino por debajo. Está construido con el propósito de proporcionar un paso sobre el obstáculo, que generalmente es algo que de otra manera sería difícil o imposible de cruzar. Hay muchos diseños diferentes de puentes, cada uno con un propósito particular y aplicable a diferentes situaciones. Los diseños de los puentes varían dependiendo de factores tales como: la función del puente, la naturaleza del terreno donde se construye y ancla el puente, y el material utilizado para construirlo y los fondos disponibles para construirlo.

Los primeros puentes probablemente se hicieron con árboles caídos y escalones . La gente del Neolítico construyó puentes de paseo marítimo a través de las marismas. El puente Arkadiko (que data del siglo XIII a. C., en el Peloponeso ) es uno de los puentes en arco más antiguos que aún existen y se utilizan.

Etimología

El puente Arkadiko en Grecia (siglo XIII a.C.), uno de los puentes en arco más antiguos que existen.
El puente Siosepol sobre el río Zayandeh es un ejemplo del diseño de puentes de la dinastía Safavid (1502-1722). Isfahan , Irán .
El puente Wetherby del siglo XIII cruza el río Wharfe .

El Diccionario de Inglés de Oxford remonta el origen de la palabra puente a una palabra en inglés antiguo brycg , del mismo significado. La palabra se remonta directamente al protoindoeuropeo * bʰrēw-. La palabra para el juego de cartas del mismo nombre tiene un origen diferente.

Historia

Puente estacional al norte de Jispa , HP, India. 2010
Puentes en Amsterdam , Países Bajos

Los tipos de puentes más simples y más antiguos eran los trampolines . La gente del Neolítico también construyó una forma de paseo marítimo a través de las marismas; ejemplos de tales puentes incluyen Sweet Track y Post Track en Inglaterra, de aproximadamente 6000 años de antigüedad. Sin duda, los pueblos antiguos también habrían utilizado puentes de troncos ; es decir, un puente de madera que cae naturalmente o se tala intencionalmente o se coloca a través de arroyos. Algunos de los primeros puentes hechos por el hombre con una luz significativa probablemente fueron árboles talados intencionalmente.

Entre los puentes de madera más antiguos se encuentra el Holzbrücke Rapperswil-Hurden que cruza la parte superior del lago Zürich en Suiza; las pilas de madera prehistóricas descubiertas al oeste de Seedamm datan de 1523 a. C. La primera pasarela de madera cruzó el lago de Zúrich, seguida de varias reconstrucciones al menos hasta finales del siglo II d.C., cuando el Imperio Romano construyó un puente de madera de 6 metros de ancho (20 pies). Entre 1358 y 1360, Rodolfo IV, duque de Austria , construyó un 'nuevo' puente de madera sobre el lago que se utilizó en 1878, que mide aproximadamente 1.450 metros (4.760 pies) de largo y 4 metros (13 pies) de ancho. El 6 de abril de 2001 se inauguró la pasarela de madera reconstruida, siendo el puente de madera más largo de Suiza.

El puente Arkadiko es uno de los cuatro puentes de arco en voladizo micénicos que forman parte de una antigua red de carreteras, diseñada para acomodar carros , entre el fuerte de Tirinto y la ciudad de Epidauro en el Peloponeso , en el sur de Grecia. Data de la Edad del Bronce griega (siglo XIII a. C.) y es uno de los puentes de arco más antiguos que aún existen y se utilizan. En el Peloponeso se pueden encontrar varios puentes de piedra arqueados intactos de la época helenística .

Los mayores constructores de puentes de la antigüedad fueron los antiguos romanos . Los romanos construyeron puentes de arco y acueductos que podrían estar en condiciones que dañarían o destruirían diseños anteriores. Algunos se paran hoy. Un ejemplo es el Puente de Alcántara , construido sobre el río Tajo , en España . Los romanos también usaron cemento , lo que redujo la variación de resistencia que se encuentra en la piedra natural. Un tipo de cemento, llamado puzolana , consistía en agua, cal , arena y roca volcánica . Los puentes de ladrillo y mortero se construyeron después de la época romana, ya que se perdió la tecnología del cemento (y luego se redescubrió).

En India, el tratado de Arthashastra de Kautilya menciona la construcción de presas y puentes. James Princep inspeccionó un puente de Maurya cerca de Girnar . El puente fue arrastrado durante una inundación, y posteriormente reparado por Puspagupta, el principal arquitecto del emperador Chandragupta I . El uso de puentes más fuertes con bambú trenzado y cadenas de hierro fue visible en la India alrededor del siglo IV. La administración de Mughal en la India construyó varios puentes, tanto con fines militares como comerciales .

Aunque existían grandes puentes chinos de construcción de madera en la época del período de los Reinos Combatientes , el puente de piedra más antiguo que se conserva en China es el Puente Zhaozhou , construido entre el 595 y el 605 d.C. durante la dinastía Sui . Este puente también es de importancia histórica, ya que es el puente de arco segmentario de piedra enjuta abierta más antiguo del mundo . Los puentes de arco segmentados europeos se remontan al menos al Puente de Alconétar (aproximadamente el siglo II d. C.), mientras que el enorme Puente de Trajano de la época romana (105 d. C.) presentaba arcos segmentados de enjuta abierta en una construcción de madera.

Los puentes de cuerda , un tipo simple de puente colgante , fueron utilizados por la civilización Inca en las montañas de los Andes de América del Sur, justo antes de la colonización europea en el siglo XVI.

Los ashanti construyeron puentes sobre arroyos y ríos. Fueron construidos golpeando cuatro grandes camiones de árboles bifurcados en el lecho del arroyo, colocando vigas a lo largo de estos pilares bifurcados, luego colocando vigas transversales que finalmente se cubrieron con cuatro a seis pulgadas de tierra.

Durante el siglo XVIII hubo muchas innovaciones en el diseño de puentes de madera de Hans Ulrich Grubenmann , Johannes Grubenmann y otros. El primer libro sobre ingeniería de puentes fue escrito por Hubert Gautier en 1716.

Un gran avance en la tecnología de puentes se produjo con la construcción del Puente de Hierro en Shropshire, Inglaterra en 1779. Se utilizó hierro fundido por primera vez como arcos para cruzar el río Severn. Con la Revolución Industrial en el siglo XIX, se desarrollaron sistemas de armadura de hierro forjado para puentes más grandes, pero el hierro no tiene la resistencia a la tracción para soportar grandes cargas. Con la llegada del acero, que tiene una alta resistencia a la tracción, se construyeron puentes mucho más grandes, muchos de ellos utilizando las ideas de Gustave Eiffel .

El puente cubierto en West Montrose, Ontario , Canadá

En Canadá y Estados Unidos, se construyeron numerosos puentes cubiertos de madera a finales del siglo XVIII y finales del siglo XIX, que recuerdan los diseños anteriores de Alemania y Suiza . También se construyeron algunos puentes cubiertos en Asia. En años posteriores, algunos estaban hechos en parte de piedra o metal, pero las cerchas por lo general todavía estaban hechas de madera; en los Estados Unidos, había tres estilos de trusses, el Queen Post, el Burr Arch y el Town Lattice. Cientos de estas estructuras siguen en pie en América del Norte. Fueron traídos a la atención del público en general en la década de 1990 por la novela, la película y la obra de teatro The Bridges of Madison County .

En 1927, el pionero de la soldadura Stefan Bryła diseñó el primer puente de carretera soldado del mundo, el Puente Maurzyce, que más tarde se construyó sobre el río Słudwia en Maurzyce cerca de Łowicz , Polonia en 1929. En 1995, la Sociedad Estadounidense de Soldadura presentó el Premio a la Estructura Soldada Histórica por el puente a Polonia.

Tipos de puentes

Los puentes se pueden clasificar de varias formas diferentes. Las categorías comunes incluyen el tipo de elementos estructurales utilizados, por lo que llevan, si son fijos o móviles y por los materiales utilizados.

Tipos de estructura

Los puentes pueden clasificarse por cómo se distribuyen las acciones de tracción , compresión , flexión , torsión y cortante a través de su estructura. La mayoría de los puentes emplearán todos estos hasta cierto punto, pero solo unos pocos predominarán. La separación de fuerzas y momentos puede ser bastante clara. En un puente colgante o atirantado, los elementos en tensión son distintos en forma y ubicación. En otros casos, las fuerzas se pueden distribuir entre un gran número de miembros, como en una armadura.

BeamBridge-diagram.svgPuente de Vigas
Los puentes de vigas son vigas horizontales soportadas en cada extremo por unidades de subestructura y pueden ser simplemente soportadas cuando las vigas solo se conectan a través de un solo tramo, o continuas cuando las vigas están conectadas a través de dos o más tramos. Cuando hay varios vanos, los apoyos intermedios se conocen como pilares . Los primeros puentes de vigas eran troncos simples que se sentaban a lo largo de arroyos y estructuras simples similares. En los tiempos modernos, los puentes de vigas pueden variar desde pequeñas vigas de madera hasta grandes cajas de acero. La fuerza vertical en el puente se convierte en una carga de corte y flexión en la viga que se transfiere a lo largo de su longitud a las subestructuras a cada lado. Normalmente están hechas de acero, hormigón o madera. Los puentes de vigas y los puentes de vigas de placas , generalmente hechos de acero, son tipos de puentes de vigas. Los puentes de vigas de caja , hechos de acero, hormigón o ambos, también son puentes de vigas. Los tramos del puente de vigas rara vez superan los 250 pies (76 m) de largo, ya que los esfuerzos de flexión aumentan proporcionalmente al cuadrado de la longitud (y la deflexión aumenta proporcionalmente a la cuarta potencia de la longitud). Sin embargo, el tramo principal del puente Rio-Niteroi , un puente de vigas cajón, es de 300 metros (980 pies).

El puente de viga más largo del mundo es Lake Pontchartrain Causeway en el sur de Louisiana en los Estados Unidos, a 23,83 millas (38,35 km), con tramos individuales de 56 pies (17 m). Los puentes de vigas son el tipo de puente más simple y antiguo que se usa en la actualidad, y son un tipo popular.

TrussBridge-diagram.svgPuente de celosía
Un puente de celosía es un puente cuya superestructura de carga está compuesta por una armadura. Esta celosía es una estructura de elementos conectados que forman unidades triangulares. Los elementos conectados (normalmente rectos) pueden estar sometidos a tensión, compresión o, a veces, ambas en respuesta a cargas dinámicas. Los puentes de celosía son uno de los tipos más antiguos de puentes modernos. Los tipos básicos de puentes de celosía que se muestran en este artículo tienen diseños simples que podrían ser fácilmente analizados por ingenieros del siglo XIX y principios del XX. Un puente de celosía es económico de construir debido a su uso eficiente de materiales.
CantileverBridge-diagram.svgPuente voladizo
Los puentes en voladizo se construyen utilizando voladizos, vigas horizontales apoyadas en un solo extremo. La mayoría de los puentes en voladizo utilizan un par de vanos continuos que se extienden desde lados opuestos de los pilares de soporte para encontrarse en el centro del obstáculo que cruza el puente. Los puentes en voladizo se construyen utilizando prácticamente los mismos materiales y técnicas que los puentes de vigas. La diferencia está en la acción de las fuerzas a través del puente.

Algunos puentes en voladizo también tienen una viga más pequeña que conecta los dos voladizos, para mayor resistencia.

El puente voladizo más grande es el Puente de Quebec de 549 metros (1801 pies) en Quebec, Canadá.

ArchBridge-diagram.svgPuente de arco
Los puentes en arco tienen pilares en cada extremo. El peso del puente se introduce en los estribos a ambos lados. Los primeros puentes de arco conocidos fueron construidos por los griegos e incluyen el puente Arkadiko .

Con un tramo de 220 metros (720 pies), el puente Solkan sobre el río Soča en Solkan en Eslovenia es el segundo puente de piedra más grande del mundo y el puente de piedra de ferrocarril más largo. Se completó en 1905. Su arco, que se construyó con más de 5.000 toneladas (4.900 toneladas largas; 5.500 toneladas cortas) de bloques de piedra en solo 18 días, es el segundo arco de piedra más grande del mundo, solo superado por Friedensbrücke ( Syratalviadukt) en Plauen , y el arco de piedra del ferrocarril más grande. El arco de Friedensbrücke, que fue construido en el mismo año, tiene una luz de 90 m (295 pies) y cruza el valle del río Syrabach . La diferencia entre los dos es que el puente Solkan se construyó con bloques de piedra, mientras que el Friedensbrücke se construyó con una mezcla de piedra triturada y mortero de cemento.

El puente de arco más grande del mundo es el Puente Chaotianmen sobre el río Yangtze con una longitud de 1.741 m (5.712 pies) y una luz de 552 m (1.811 pies). El puente se inauguró el 29 de abril de 2009 en Chongqing , China.

TiedarchBridge-diagram.svgPuente de arco atado
Los puentes de arco atado tienen una superestructura en forma de arco, pero difieren de los puentes de arco convencionales. En lugar de transferir el peso del puente y las cargas del tráfico en fuerzas de empuje hacia los estribos, los extremos de los arcos están restringidos por la tensión en la cuerda inferior de la estructura. También se les llama arcos de cuerda.
SuspensionBridge-diagram.svgPuente colgante
Los puentes colgantes están suspendidos de cables. Los primeros puentes colgantes estaban hechos de cuerdas o enredaderas cubiertas con trozos de bambú. En los puentes modernos, los cables cuelgan de torres unidas a cajones o ataguías. Los cajones o ataguías se implantan profundamente en el lecho del lago, río o mar. Los subtipos incluyen el puente colgante simple , el puente de cinta estresada , el puente colgante con extensión inferior , el puente colgante de plataforma suspendida y el puente colgante autofinanciado . También existe lo que a veces se llama un puente "semi-colgante", del cual el Ferry Bridge en Burton-upon-Trent es el único de su tipo en Europa.

El puente colgante más largo del mundo es el puente Akashi Kaikyō de 3.909 m (12.825 pies) en Japón.

CableStayedBridge-diagram.svgPuente suspendido en cables
Los puentes atirantados , como los puentes colgantes, están sostenidos por cables. Sin embargo, en un puente atirantado, se requiere menos cable y las torres que sostienen los cables son proporcionalmente más altas. El primer puente atirantado conocido fue diseñado en 1784 por CT (o CJ) Löscher.

El puente atirantado más largo desde 2012 es el Puente Russky de 1.104 m (3.622 pies) en Vladivostok , Rusia .

Algunos ingenieros subdividen los puentes de "vigas" en losas, vigas y losas y vigas cajón en función de su sección transversal. Una losa puede ser sólida o vacía (aunque esto ya no se favorece por razones de capacidad de inspección), mientras que las vigas y losas consisten en vigas de hormigón o acero conectadas por una losa de hormigón. Una sección transversal de viga de caja consiste en una caja de celda única o multicelular. En los últimos años, la construcción integral de puentes también se ha vuelto popular.

Puentes fijos o móviles

Traslado de un puente Bloomingdale Trail de Ashland a Western en Chicago .

La mayoría de los puentes son puentes fijos, lo que significa que no tienen partes móviles y permanecen en un lugar hasta que fallan o son demolidos. Los puentes temporales, como los puentes Bailey , están diseñados para ensamblarse, desmontarse, transportarse a un sitio diferente y reutilizarse. Son importantes en la ingeniería militar y también se utilizan para transportar tráfico mientras se reconstruye un viejo puente. Los puentes móviles están diseñados para apartarse del camino de los barcos u otros tipos de tráfico, que de otro modo serían demasiado altos para caber. Por lo general, se alimentan eléctricamente.

Transportador de puente de tanques del Ejército de los Estados Unidos. Estos son puentes móviles; los tanques y otros vehículos pueden usarlos para cruzar ciertos obstáculos.

El transportador de puente de tanques (TBT) tiene el mismo rendimiento a campo traviesa que un tanque incluso cuando está completamente cargado. Puede desplegar, dejar y cargar puentes de forma independiente, pero no puede recuperarlos.

puentes largos

El puente George Washington de dos pisos , que conecta la ciudad de Nueva York con el condado de Bergen , Nueva Jersey , EE. UU., Es el puente más transitado del mundo y transporta 102 millones de vehículos al año.

Los puentes de dos pisos (o dos pisos) tienen dos niveles, como el Puente George Washington , que conecta la ciudad de Nueva York con el condado de Bergen , Nueva Jersey , EE. UU., Como el puente más transitado del mundo, con 102 millones de vehículos al año; El trabajo de celosía entre los niveles de la calzada proporcionó rigidez a las calzadas y redujo el movimiento del nivel superior cuando el nivel inferior se instaló tres décadas después del nivel superior. El puente Tsing Ma y el puente Kap Shui Mun en Hong Kong tienen seis carriles en sus cubiertas superiores, y en sus cubiertas inferiores hay dos carriles y un par de vías para los trenes de metro MTR . Algunos puentes de dos pisos solo usan un nivel para el tráfico de la calle; el Washington Avenue Bridge en Minneapolis reserva su nivel inferior para el tráfico de automóviles y trenes ligeros y su nivel superior para el tráfico de peatones y bicicletas (predominantemente estudiantes de la Universidad de Minnesota ). Asimismo, en Toronto , el Viaducto Prince Edward tiene cinco carriles de tráfico motorizado, carriles para bicicletas y aceras en su piso superior; y un par de vías para la línea de metro Bloor-Danforth en su piso inferior. El tramo occidental del puente de la bahía de San Francisco-Oakland también tiene dos niveles.

El puente de alto nivel de Robert Stephenson sobre el río Tyne en Newcastle upon Tyne , terminado en 1849, es un ejemplo temprano de un puente de dos pisos. El nivel superior lleva un ferrocarril y el nivel inferior se utiliza para el tráfico rodado. Otros ejemplos incluyen el puente Britannia sobre el estrecho de Menai y el puente Craigavon en Derry , Irlanda del Norte . El puente de Oresund entre Copenhague y Malmö consta de una autopista de cuatro carriles en el nivel superior y un par de vías férreas en el nivel inferior. Tower Bridge en Londres es un ejemplo diferente de un puente de dos pisos, con la sección central que consta de un vano basculante de bajo nivel y un puente peatonal de alto nivel .

Viaductos

Un viaducto está formado por varios puentes conectados en una estructura más larga. Los puentes más largos y algunos de los más altos son viaductos, como la calzada del lago Pontchartrain y el viaducto de Millau .

Puente de múltiples vías

El Tridge es un tipo de puente multidireccional

Un puente de múltiples vías tiene tres o más vanos separados que se encuentran cerca del centro del puente. Los puentes de múltiples vías con solo tres tramos aparecen como una "T" o "Y" cuando se ven desde arriba. Los puentes de múltiples vías son extremadamente raros. Tridge , Margaret Bridge y Zanesville Y-Bridge son ejemplos.

Tipos de puentes por uso

Un puente se puede clasificar por lo que está diseñado para transportar, como trenes, tráfico de peatones o por carretera ( puente de carretera ), una tubería o vía fluvial para el transporte por agua o el tráfico de barcazas. Un acueducto es un puente que lleva agua, parecido a un viaducto, que es un puente que conecta puntos de igual altura. Un puente de carretera y ferrocarril transporta tanto el tráfico por carretera como por ferrocarril. Overway es un término para un puente que separa el tráfico que se cruza incompatible, especialmente la carretera y el ferrocarril. Un puente puede transportar líneas eléctricas aéreas al igual que el puente Storstrøm .

Algunos puentes dan cabida a otros fines, como la torre del puente Nový Most en Bratislava , que cuenta con un restaurante, o un puente-restaurante que es un puente construido para servir como restaurante. Otras torres de puentes colgantes llevan antenas de transmisión.

Los conservacionistas utilizan los pasos elevados para la vida silvestre para reducir la fragmentación del hábitat y las colisiones entre animales y vehículos. Los primeros puentes de animales surgieron en Francia en la década de 1950, y este tipo de puentes ahora se utilizan en todo el mundo para proteger la vida silvestre tanto grande como pequeña.

Los puentes también están sujetos a usos no planificados. Las áreas debajo de algunos puentes se han convertido en refugios y hogares improvisados ​​para personas sin hogar, y las vigas de los puentes en todo el mundo son manchas de graffiti predominantes. Algunos puentes atraen a personas que intentan suicidarse y se conocen como puentes suicidas .

Tipos de puentes por material

El Puente de Hierro terminado en 1781 fue el primer puente de hierro fundido.
Krämerbrücke en Erfurt , Alemania - con edificios con entramado de madera
Pequeño puente de piedra, Othonoi , Grecia

Los materiales utilizados para construir la estructura también se utilizan para categorizar puentes. Hasta finales del siglo XVIII, los puentes estaban hechos de madera, piedra y mampostería. Los puentes modernos se construyen actualmente en hormigón, acero, polímeros reforzados con fibra (FRP), acero inoxidable o combinaciones de esos materiales. Se han construido puentes vivientes con plantas vivas como las raíces de los árboles Ficus elastica en la India y las vides de glicina en Japón.

Tipo de puente Materiales usados
Viga voladiza Para pasarelas pequeñas, los voladizos pueden ser vigas simples; sin embargo, los grandes puentes en voladizo diseñados para manejar el tráfico por carretera o ferrocarril utilizan cerchas construidas con acero estructural o vigas de caja construidas con hormigón pretensado .
Suspensión Los cables suelen estar hechos de cables de acero galvanizados con zinc , junto con la mayor parte del puente, pero algunos puentes todavía están hechos de hormigón armado con acero .
Arco Piedra , ladrillo y otros materiales similares que son resistentes a la compresión y algo así al cizallamiento.
Haz Los puentes de vigas pueden usar hormigón pretensado, un material de construcción económico, que luego se incrusta con barras de refuerzo . El puente resultante puede resistir fuerzas tanto de compresión como de tensión.
Braguero Las piezas triangulares de los puentes de celosía se fabrican a partir de barras rectas y de acero, según los diseños de los puentes de celosía.

Análisis y diseño

Paso elevado de la autopista en construcción en 2021, sobre la Interestatal 5 en Burbank, California

A diferencia de los edificios cuyo diseño está dirigido por arquitectos, los puentes suelen ser diseñados por ingenieros. Esto se deriva de la importancia de los requisitos de ingeniería; es decir, superar el obstáculo y tener la durabilidad para sobrevivir, con un mantenimiento mínimo, en un entorno exterior agresivo. Primero se analizan los puentes; las distribuciones del momento flector y de la fuerza cortante se calculan debido a las cargas aplicadas. Para ello, el método de elementos finitos es el más popular. El análisis puede ser unidimensional, bidimensional o tridimensional. Para la mayoría de los puentes, es suficiente un modelo de placa bidimensional (a menudo con vigas de refuerzo) o un modelo de elementos finitos vertical. Una vez finalizado el análisis, el puente está diseñado para resistir los momentos flectores aplicados y las fuerzas cortantes, los tamaños de las secciones se seleccionan con la capacidad suficiente para resistir las tensiones. Muchos puentes están hechos de hormigón pretensado que tiene buenas propiedades de durabilidad, ya sea por pretensado de las vigas antes de la instalación o postensado en el sitio.

En la mayoría de los países, los puentes, al igual que otras estructuras, se diseñan de acuerdo con los principios de diseño de factores de carga y resistencia (LRFD). En términos simples, esto significa que la carga se factoriza hacia arriba en un factor mayor que la unidad, mientras que la resistencia o capacidad de la estructura se factoriza hacia abajo, en un factor menor que la unidad. El efecto de la carga factorizada (esfuerzo, momento flector) debe ser menor que la resistencia factorizada a ese efecto. Ambos factores permiten la incertidumbre y son mayores cuando la incertidumbre es mayor.

Estética

Prins Clausbrug a través del canal Amsterdam-Rin en Utrecht , Países Bajos
El sitio del Patrimonio Mundial de Stari Most (Puente Viejo) da nombre a la ciudad de Mostar , Bosnia y Herzegovina

La mayoría de los puentes son de apariencia utilitaria, pero en algunos casos, la apariencia del puente puede tener una gran importancia. A menudo, este es el caso de un gran puente que sirve como entrada a una ciudad o cruza la entrada principal del puerto. Estos a veces se conocen como puentes de firma. Los diseñadores de puentes en parques y a lo largo de avenidas a menudo también dan más importancia a la estética. Los ejemplos incluyen los puentes de piedra a lo largo de Taconic State Parkway en Nueva York.

Puente en el aeropuerto de Gatwick , por debajo del cual pueden pasar los aviones

Generalmente los puentes son más agradables estéticamente si tienen una forma simple, el tablero es más delgado (en proporción a su luz), las líneas de la estructura son continuas y las formas de los elementos estructurales reflejan las fuerzas que actúan sobre ellos. Para crear una imagen hermosa, algunos puentes se construyen mucho más altos de lo necesario. Este tipo, que se encuentra a menudo en los jardines de estilo del este de Asia, se llama puente de la Luna , evocando una luna llena en ascenso. Otros puentes de jardín pueden cruzar solo un lecho seco de guijarros lavados por un arroyo, destinados solo a transmitir la impresión de un arroyo. A menudo, en los palacios, se construirá un puente sobre una vía fluvial artificial como símbolo de un pasaje a un lugar o estado mental importante. Un conjunto de cinco puentes cruzan una sinuosa vía fluvial en un importante patio de la Ciudad Prohibida en Beijing , China . El puente central estaba reservado exclusivamente para el uso del Emperador y la Emperatriz, con sus asistentes.

Mantenimiento de puentes

Puente de carretera tratado con tratamiento de impacto de alta frecuencia

La vida estimada de los puentes varía entre 25 y 80 años dependiendo de la ubicación y el material. Sin embargo, los puentes pueden envejecer cien años con el mantenimiento y la rehabilitación adecuados. Mantenimiento de puentes que consiste en una combinación de monitoreo y pruebas de salud estructural. Esto está regulado en los estándares de ingeniería específicos del país e incluye un monitoreo continuo cada tres a seis meses, una prueba o inspección simple cada dos o tres años y una inspección importante cada seis a diez años. En Europa, el costo de mantenimiento es considerable y en algunos países es más alto que el gasto en puentes nuevos. La vida útil de los puentes de acero soldados se puede prolongar significativamente mediante el postratamiento de las transiciones de soldadura . Esto da como resultado un gran beneficio potencial, utilizando puentes existentes mucho más allá de la vida útil planificada.

Carga de tráfico del puente

Si bien se comprende bien la respuesta de un puente a la carga aplicada, la carga de tráfico aplicada en sí misma sigue siendo objeto de investigación. Este es un problema estadístico ya que la carga es muy variable, particularmente para puentes de carretera. Los efectos de carga en los puentes (tensiones, momentos flectores) están diseñados para utilizar los principios del diseño del factor de carga y resistencia . Antes de factorizar para tener en cuenta la incertidumbre, generalmente se considera que el efecto de carga es el valor característico máximo en un período de retorno específico . Cabe destacar que en Europa es el valor máximo esperado en 1000 años.

Los estándares de puentes generalmente incluyen un modelo de carga, que se considera que representa la carga máxima característica que se espera en el período de retorno. En el pasado, estos modelos de carga fueron acordados por comités de expertos de redacción estándar, pero hoy esta situación está cambiando. Ahora es posible medir los componentes de la carga del tráfico del puente, pesar camiones, utilizando tecnologías de pesaje en movimiento (WIM). Con amplias bases de datos WIM, es posible calcular el efecto de carga máximo esperado en el período de retorno especificado. Esta es un área activa de investigación, que aborda cuestiones de carriles de dirección opuesta, carriles de lado a lado (en la misma dirección), crecimiento del tráfico, vehículos con permiso / no permiso y puentes de grandes luces (ver más abajo). En lugar de repetir este complejo proceso cada vez que se va a diseñar un puente, las autoridades normativas especifican modelos de carga teórica simplificados, en particular HL-93, destinados a producir los mismos efectos de carga que los valores máximos característicos. El Eurocódigo es un ejemplo de un estándar para la carga de tráfico de puentes que se desarrolló de esta manera.

Carga de tráfico en puentes de grandes luces

Tráfico en Forth Road Bridge , Escocia, antes de que fuera cerrado al tráfico general. El tráfico ahora se ha trasladado al Queensferry Crossing , que se puede ver a la izquierda.

La mayoría de las normas de puentes solo son aplicables para tramos cortos y medianos; por ejemplo, el Eurocódigo solo es aplicable para longitudes cargadas de hasta 200 m. Los tramos más largos se tratan caso por caso. En general, se acepta que la intensidad de la carga se reduce a medida que aumenta el tramo porque la probabilidad de que muchos camiones estén poco espaciados y sean extremadamente pesados ​​se reduce a medida que aumenta el número de camiones involucrados. También se asume generalmente que los tramos cortos están gobernados por un pequeño número de camiones que viajan a alta velocidad, con un margen para la dinámica. Por otro lado, los tramos más largos se rigen por el tráfico congestionado y no se necesita ningún margen para la dinámica. El cálculo de la carga debido al tráfico congestionado sigue siendo un desafío, ya que hay una escasez de datos sobre los espacios entre vehículos, tanto dentro del carril como entre carriles, en condiciones de congestión. Los sistemas de pesaje en movimiento (WIM) proporcionan datos sobre los espacios entre vehículos, pero solo funcionan bien en condiciones de tráfico fluido. Algunos autores han utilizado cámaras para medir espacios y longitudes de vehículos en situaciones de atasco y han inferido pesos a partir de longitudes utilizando datos WIM. Otros han utilizado la microsimulación para generar grupos típicos de vehículos en el puente.

Vibración del puente

Los puentes vibran bajo carga y esto contribuye, en mayor o menor medida, a las tensiones. La vibración y la dinámica son generalmente más importantes para estructuras delgadas como puentes peatonales y puentes de carreteras o ferrocarriles de grandes luces. Uno de los ejemplos más famosos es el puente Tacoma Narrows que se derrumbó poco después de ser construido debido a una vibración excesiva. Más recientemente, el Millennium Bridge en Londres vibró excesivamente bajo la carga de los peatones y fue cerrado y modernizado con un sistema de amortiguadores. Para puentes más pequeños, la dinámica no es catastrófica, pero puede contribuir a una amplificación adicional a las tensiones debido a los efectos estáticos. Por ejemplo, el Eurocódigo para carga de puentes especifica amplificaciones de entre el 10% y el 70%, según el tramo, el número de carriles de circulación y el tipo de esfuerzo (momento flector o esfuerzo cortante).

Interacción dinámica vehículo-puente

Se han realizado muchos estudios sobre la interacción dinámica entre vehículos y puentes durante los eventos de cruce de vehículos. Fryba realizó un trabajo pionero sobre la interacción de una carga en movimiento y una viga Euler-Bernoulli. Con una mayor potencia de cálculo, los modelos de interacción vehículo-puente (VBI) se han vuelto cada vez más sofisticados. La preocupación es que una de las muchas frecuencias naturales asociadas con el vehículo resonará con la primera frecuencia natural del puente. Las frecuencias relacionadas con el vehículo incluyen el rebote de la carrocería y el salto del eje, pero también hay pseudo-frecuencias asociadas con la velocidad de cruce del vehículo y hay muchas frecuencias asociadas con el perfil de la superficie. Dada la amplia variedad de vehículos pesados ​​en los puentes de carretera, se ha sugerido un enfoque estadístico, con análisis VBI realizados para muchos eventos de carga estáticamente extremos.

Fallos de puentes

La falla de los puentes es de especial preocupación para los ingenieros estructurales al tratar de aprender lecciones vitales para el diseño, la construcción y el mantenimiento de puentes .

El fracaso de los puentes asumió por primera vez el interés nacional en Gran Bretaña durante la era victoriana, cuando se estaban construyendo muchos diseños nuevos, a menudo con nuevos materiales, y algunos de ellos fallaron catastróficamente.

En los Estados Unidos, el Inventario Nacional de Puentes rastrea las evaluaciones estructurales de todos los puentes, incluidas las designaciones como "estructuralmente deficiente" y "funcionalmente obsoleto".

Supervisión del estado del puente

Hay varios métodos que se utilizan para monitorear el estado de estructuras grandes como puentes. Muchos puentes de grandes luces ahora se monitorean de manera rutinaria con una variedad de sensores. Se utilizan muchos tipos de sensores, incluidos transductores de tensión, acelerómetros , inclinómetros y GPS. Los acelerómetros tienen la ventaja de que son inerciales, es decir, no requieren un punto de referencia para medir. Esto suele ser un problema para la medición de la distancia o la desviación, especialmente si el puente está sobre el agua.

Una opción para la monitorización de la integridad estructural es la "monitorización sin contacto", que utiliza el efecto Doppler (desplazamiento Doppler). Un rayo láser de un vibrómetro láser Doppler se dirige al punto de interés, y la amplitud y frecuencia de la vibración se extraen del desplazamiento Doppler de la frecuencia del rayo láser debido al movimiento de la superficie. La ventaja de este método es que el tiempo de configuración del equipo es más rápido y, a diferencia de un acelerómetro, esto permite realizar mediciones en múltiples estructuras en el menor tiempo posible. Además, este método puede medir puntos específicos en un puente que pueden ser de difícil acceso. Sin embargo, los vibrómetros son relativamente caros y tienen la desventaja de que se necesita un punto de referencia para medir.

Las instantáneas en el tiempo de la condición externa de un puente se pueden registrar usando Lidar para ayudar en la inspección del puente. Esto puede proporcionar la medición de la geometría del puente (para facilitar la construcción de un modelo de computadora) pero la precisión es generalmente insuficiente para medir las deflexiones del puente bajo carga.

Mientras que los puentes modernos más grandes se monitorean de manera rutinaria electrónicamente, los puentes más pequeños generalmente son inspeccionados visualmente por inspectores capacitados. Existe un considerable interés de investigación en el desafío de los puentes más pequeños, ya que a menudo son remotos y no tienen energía eléctrica en el sitio. Las posibles soluciones son la instalación de sensores en un vehículo de inspección especializado y el uso de sus mediciones mientras conduce sobre el puente para inferir información sobre la condición del puente. Estos vehículos pueden equiparse con acelerómetros, girómetros, vibrómetros láser Doppler y algunos incluso tienen la capacidad de aplicar una fuerza resonante a la superficie de la carretera para excitar dinámicamente el puente en su frecuencia resonante.

Índice visual

Ver también

Referencias

Otras lecturas

  • Brown, David J. Bridges: Tres mil años desafiando la naturaleza . Richmond Hill, Ontario: Firefly Books, 2005. ISBN  1-55407-099-6 .
  • Sandak, Cass R. Bridges . Un libro de maravillas modernas de fácil lectura. Nueva York: F. Watts, 1983. ISBN  0-531-04624-9 .
  • Whitney, Charles S. Puentes del mundo: su diseño y construcción . Mineola, NY: Dover Publications, 2003. ISBN  0-486-42995-4 (Reedición íntegra de Bridges: un estudio sobre su arte, ciencia y evolución . 1929.)

enlaces externos