Los puentes son una parte tan común de la vida cotidiana que a menudo se dan por sentados. Ya sea conduciendo, caminando o viajando en tren, nos permiten cruzar masas de agua, valles, carreteras y otras barreras geológicas y artificiales. Igualmente importante es que permiten que las líneas de servicios vitales, incluidos los cables y las tuberías, atraviesen también estas barreras.
Veamos algunos diseños de puentes comunes, cómo han evolucionado a lo largo de los siglos y el propósito que tiene cada diseño. Mientras lo hacemos, daremos un paso atrás y admiraremos algunos ejemplos notables de cada uno. Podría ayudarle a usted y a sus clientes a ver los puentes bajo una nueva luz.
#1 – Puente de vigas
Los puentes de vigas se consideran generalmente la forma más simple de puente. ¿Cómo de simple? Cuando los hombres de las cavernas colocaban troncos sobre los arroyos para cruzarlos, estaban construyendo los primeros puentes de vigas.
Estos puentes básicos suelen salvar distancias relativamente cortas. Para construir un puente de vigas (también conocido como puente de vigas), todo lo que se necesita es una estructura horizontal rígida (una viga) y dos soportes, uno en cada extremo, para apoyarla. Estos elementos soportan el peso descendente del puente y del tráfico que circula por él.
El puente de vigas más sencillo puede ser un tronco, una tabla de madera o una losa de piedra colocada sobre un arroyo o riachuelo estrecho. Los más complicados suelen estar construidos con acero u hormigón o una combinación de ambos. Los elementos de hormigón pueden estar reforzados, pretensados o postensados.
Estructura de un puente de vigas típico.
Al soportar el peso, un puente de vigas soporta tanto esfuerzos de compresión como de tensión.
Para entender cómo funciona esto, piense en este sencillo modelo o pruébelo en su garaje. Imagine que toma una tabla y la coloca encima de dos ladrillos. Esto es un simple puente de vigas. Si colocaras un peso en el centro de la tabla, ésta se doblaría. La parte superior se doblaría bajo la fuerza de la compresión, y la parte inferior se doblaría bajo la fuerza de la tensión. Si se añade suficiente peso, el «puente» acabaría por romperse. El lado superior se doblaría y el lado inferior se rompería.
Con este ejemplo, se pueden entender los factores que un ingeniero debe tener en cuenta a la hora de diseñar un puente.
Los puentes de vigas se utilizan generalmente para cruzar distancias relativamente cortas (normalmente menos de 250 pies) porque, a diferencia de otros tipos de puentes, no tienen soportes incorporados. Los únicos apoyos son los pilares. Cuanto más separados estén los apoyos, más débil será un puente de vigas. Esto no significa que los puentes de vigas no puedan utilizarse para cruzar distancias más largas, simplemente requiere que una serie de puentes de vigas se unan, creando lo que se conoce como un tramo continuo.
Lake Pontchartrain Causeway, Luisiana
- Transporta: Cuatro carriles de tráfico
- Cruza: El lago Pontchartrain
- Ubicación: Metairie y Mandeville, Luisiana
- Construcción: Puente de vigas de luz continua
- Longitud: 23,87 mi (38,442 km)
- Altura: 15 ft
- Terminado: 1956 (hacia el sur), 1969 (hacia el norte)
Los puentes de vigas más largos y complejos se construyen utilizando muchas vigas alineadas una al lado de la otra con un tablero en la parte superior. Las vigas principales pueden ser vigas en I (también conocidas como vigas en H), cerchas o vigas de caja. Pueden recorrer la mitad del puente o toda su longitud.
Los puentes de vigas se utilizan para transportar peatones, automóviles, camiones y líneas de ferrocarril a través de vanos de distancia limitada. Se utilizan con frecuencia para los sistemas de monorraíl y de tránsito elevado. También son valiosos para transportar cables y tuberías de servicios públicos a través de distancias cortas hasta los hogares, comunidades aisladas y subdivisiones.
Pista: Muchos puentes de vigas son estructuras históricas, y hay límites en cuanto a cómo los servicios públicos pueden ser transportados sobre ellos. El estado de Connecticut, que alberga muchos de estos puentes históricos, ofrece directrices sobre cómo manejar esto.
#2 – Puente de vigas
Puente Francis Scott Key – Baltimore, Maryland
- Lleva: Cuatro carriles de tráfico
- Cruza: Río Patapsco
- Ubicación: Baltimore, Maryland
- Construcción: Puente de celosía continua en forma de arco de acero
- Longitud: 8.636 pies
- Altura: 185 pies
- Terminado: 1977
Un puente de cerchas presenta una cercha prominente, que es una estructura de elementos conectados que forman unidades triangulares. Se utiliza una cercha porque es una estructura muy rígida que transfiere la carga de un solo punto del puente a una zona mucho más amplia. Los puentes de cerchas pueden cruzar vanos más largos que los puentes de vigas básicos.
Estructura de un puente de cerchas típico.
Los puentes de cerchas aparecieron muy pronto en la historia de los puentes modernos. Son relativamente económicos de construir porque utilizan los materiales de forma eficiente.
Los puentes de celosía se construían principalmente de madera a principios del siglo XIX y poco a poco fueron cambiando a la construcción de hierro a mediados de ese siglo. El acero se convirtió en el estándar en la década de 1880. Algunos estados continuaron construyendo puentes de acero hasta la década de 1930, mientras que otros los abandonaron antes y optaron por construir puentes de vigas y vigas de hormigón.
Todavía existen ejemplos de estos puentes en todo Estados Unidos, pero su número está disminuyendo porque se están demoliendo y sustituyendo por tipos de puentes más modernos. Algunos puentes de celosía son extremadamente sencillos y utilitarios, mientras que otros utilizan detalles de diseño más elaborados.
A lo largo de la historia, los ingenieros experimentaron con diferentes formas de puentes de celosía, tratando de encontrar mejores formas de resolver problemas particulares. Un puente de celosía puede tener un tablero o una plataforma en la parte superior (celosía de tablero), en el centro (celosía pasante) o en la parte inferior de la celosía. Si los lados de la cercha se extienden por encima del lecho de la carretera pero no están conectados, se denomina cercha poni o cercha semiparalela.
Los puentes de cercha son atravesados por peatones, automóviles, camiones, trenes ligeros y trenes pesados. Suelen utilizarse para cruzar ríos y no carreteras. Los puentes de cerchas se han utilizado históricamente para transportar agua y aguas residuales a través de tuberías que atraviesan los vanos. Con el paso de los años, también se añadieron líneas eléctricas y de cable. Gran parte de esta infraestructura de servicios públicos está envejeciendo, e incluso si el puente no se sustituye, las líneas de servicios públicos a menudo necesitan ser reemplazadas.
Nota: Es importante utilizar equipos seguros diseñados específicamente para el mantenimiento bajo el puente cuando se actualiza la infraestructura de servicios públicos envejecida bajo los puentes de cerchas. Vea estos ejemplos.
#3 – Puente en voladizo
Ed Koch Queensboro bridge – New York City
- Lleva: Diez carriles de tráfico, cuatro superiores, seis inferiores, más carriles para peatones & ciclistas
- Cruza: East River
- Ubicación: Ciudad de Nueva York (de Manhattan a Queens)
- Construcción: Puente en voladizo de dos pisos
- Longitud: 3.724 pies
- Altura: 130 pies
- Terminado: 1909
Este tipo de puentes se construyen utilizando voladizos, que son estructuras que se proyectan horizontalmente en el espacio, apoyadas en un solo extremo. Para las pasarelas pequeñas, los voladizos pueden ser simples vigas. Los puentes en voladizo de mayor tamaño, diseñados para soportar el tráfico rodado o ferroviario, utilizan cerchas construidas con acero estructural o vigas cajón construidas con hormigón pretensado.
Estructura de un puente en voladizo.
Los puentes en voladizo de celosía de acero fueron un gran avance de la ingeniería en el siglo XIX, ya que pueden abarcar distancias de más de 1.500 pies y se construyen más fácilmente en cruces difíciles, como carreteras, vías de agua profundas o zonas pobladas, utilizando poco o ningún apoyo en el suelo.
Los ingenieros construyen puentes en voladizo más largos añadiendo más apoyos. Esto distribuye la carga entre ellos, lo que ayuda a conseguir una mayor longitud.
Los puentes en voladizo pueden construirse sin cimbra por debajo y sin torres de apoyo ni cables por encima. Este nivel de simplicidad constructiva es una de sus grandes ventajas. También son de construcción muy rígida, por lo que pueden soportar cargas relativamente grandes, incluyendo líneas de ferrocarril, que es un uso común para estos puentes.
Muchos de estos puentes llevan servicios públicos a través de sus vanos en zonas urbanas densas. Vea este ejemplo de un gran proyecto que coordinó la instalación de una variedad de servicios públicos, incluyendo redes de fibra óptica, gas, agua, extensas aguas pluviales, aguas residuales y líneas de comunicación seguras para el gobierno en un solo proyecto.
#4 – Puente de arco
Puente de arco de piedra – Minneapolis, Minnesota
- Transporta: Peatones y ciclistas
- Cruza: Río Mississippi
- Ubicación: Minneapolis, Minnesota
- Construcción: 21 vanos de arco de piedra y un vano de viga de acero
- Longitud: 2.100 pies
- Anchura: 28 pies
- Terminado: 1883
El puente de arco es uno de los tipos más comunes de puentes. Se empezaron a utilizar hace más de 3.000 años y siguieron siendo populares hasta la revolución industrial. En esa época, la invención del acero, el hormigón y otros materiales avanzados ayudó a los ingenieros a desarrollar otros diseños de puentes modernos. Sin embargo, los puentes de arco siguen utilizándose incluso hoy en día y, con la ayuda de los materiales modernos, pueden construirse más grandes que en el pasado.
Un puente de arco tiene estribos en cada extremo y tiene forma de arco curvo o apuntado. La ingeniería de los puentes arco se basa en transferir el peso del puente y sus cargas parcialmente en un empuje horizontal empujado por los estribos a cada lado del puente. Se puede hacer un puente más largo con una serie de puentes arco, aunque hoy en día se suelen utilizar opciones más económicas.
Estructura de un puente arco simple.
¿Sabías que? Es el propio arco el que da fuerza a su puente homónimo. De hecho, un arco hecho de piedra no necesita mortero.
Aunque no lo creas, los puentes de arco de piedra y madera se hicieron muy populares durante el Imperio Romano. Los ingenieros romanos construyeron más de 1.000 puentes de arco de piedra en Europa, Asia y el norte de África. Muchos de esos puentes siguen en pie aún hoy, demostrando su resistencia y durabilidad. Las estructuras similares a los puentes fueron de las primeras en cumplir una función utilitaria. Se utilizaban para transportar agua desde las afueras de las ciudades hasta las zonas urbanas, de forma similar a como los puentes actuales llevan tuberías para transportar agua de un lugar a otro.
Con el paso de los siglos, los arquitectos medievales mejoraron los diseños anteriores, creando puentes de arco con pilares más estrechos, barriles de arco más finos, arcos puntiagudos y mayores luces de arco. Los arquitectos del Renacimiento no sólo construyeron algunos de los puentes estructuralmente más sólidos de la historia, sino que también crearon algunos de los más bellos. El puente de Rialto, en Venecia, es un ejemplo de ello. En los últimos 150 años, se han construido puentes de arco más grandes y ambiciosos de hierro, acero y hormigón.
La resistencia y la durabilidad de los puentes de arco permiten utilizarlos para transportar peatones, vehículos, trenes ligeros y trenes pesados y, como se ha mencionado, algunos se han construido para transportar exclusivamente agua de un lugar a otro. Cuando se trata de soportar los servicios públicos modernos, los puentes de arco no suelen ser eficaces. Es imposible soportar la infraestructura requerida dentro del arco, y colocarla a lo largo del lado de un puente puede ser antiestético y dejarlos expuestos a la intemperie.
De hecho, la mayoría de los estados ofrecen orientación sobre cómo deben suspenderse los servicios públicos de los puentes, y es difícil encontrar alguno que ofrezca consejos sobre cómo hacerlo en un puente de arco, excepto este ejemplo del estado de Washington.
#5 – Puente colgante
Puente Golden Gate – San Francisco, California
- Transporta: Seis carriles de tráfico, peatones y ciclistas
- Conecta: San Francisco y el condado de Marin, California
- Construcción: Suspensión, arco de cerchas y calzadas de cerchas
- Longitud: 8.981 pies
- Altura: 746 pies
- Terminado: 1933
Este tipo de puente tiene cables de suspensión entre las torres y cables de suspensión que cuelgan de las torres, que sostienen el tablero. Los cables de suspensión están anclados en cada extremo del puente y soportan la mayor parte de la carga.
Estructura de un puente colgante.
Los complejos puentes colgantes actuales evolucionaron a partir de versiones simples que se remontan al siglo XV. Tenían cables de carga pero no tenían torres. Los puentes colgantes más básicos son los de cuerda, red y otros tejidos.
El primer puente colgante de estilo moderno en Estados Unidos se construyó en Pensilvania en 1801. Con el paso de los años, los puentes colgantes se hicieron populares porque salvaban amplios espacios que otros puentes no podían. Además, son menos costosos de construir porque utilizan menos material que la mayoría de los demás puentes.
Los puentes colgantes son más resistentes a los terremotos que prácticamente cualquier otro tipo de puente. Además, es fácil actualizarlos para dar cabida a vehículos más anchos o a carriles de tráfico adicionales. También es relativamente fácil suspender los cables de los servicios públicos y las líneas eléctricas a lo largo de grandes distancias en un puente colgante.
Los aspectos negativos: la construcción tiende a ser muy rígida para que resistan los vientos fuertes, y la mayoría no puede soportar el gran peso de los trenes. A menudo se necesitan perchas especiales para soportar la infraestructura de servicios públicos fuera de los tipos complejos de puentes colgantes.
#6 – Puente de arco atado
Puente de Fremont – Portland, Oregón
- Lleva: Cuatro carriles, dos cubiertas de tráfico
- Cruza: Río Willamette y calles
- Ubicación: Portland, Oregón
- Construcción: Puente de arco atado
- Longitud: 2.154 pies
- Altura: 381 pies
- Terminado: 1973
Un puente de arco atado (también llamado puente de arco atado o de viga atada) es un tipo de puente que tiene una costilla de arco a cada lado de la calzada (tablero) y una viga de atado en cada uno de los arcos que soportan el tablero. Los tirantes verticales conectados a los arcos soportan el tablero desde arriba.
Estructura de un puente de arco atado.
Este tipo de puente puede considerarse como un cruce entre un arco y un puente colgante. El estilo de construcción combinado permite que el puente se construya con cimientos menos voluminosos que los puentes de arco, lo que significa que son una gran opción para lugares difíciles que requieren pilares elevados o en lugares donde el suelo es inestable. La construcción en arco los hace ideales para situaciones en las que un puente debe construirse fuera de la obra, entregarse y deslizarse en el lugar. Esto no es posible con los puentes colgantes.
Los puentes de arco atado pueden tener muchas ventajas, pero no son perfectos. Requieren soldaduras en la conexión entre la costilla del arco y las vigas de amarre y en la conexión entre el arco y los tirantes verticales. Estas soldaduras tienen que ser reparadas regularmente, lo que puede ser costoso, lento e incómodo. La construcción y el diseño de este tipo de puentes es no redundante, lo que significa que si falla incluso una de las dos vigas de anclaje, toda la estructura se derrumbará. Por último, los puentes de arco atado son más caros de construir en comparación con los otros tipos de puentes de la misma longitud.
La sencilla construcción de este tipo de puentes los hace buenos para soportar tuberías y cables de servicios públicos.
#7 – Puente atirantado
Puente Bob Graham Sunshine Skyway – Bahía de Tampa, Florida
- Lleva: Cuatro carriles de tráfico
- Cruza: Tampa Bay, Florida
- Construcción: Puente atirantado de hormigón pretensado continuo
- Longitud: 1,1 millas
- Altura: 430 pies
- Terminado: 1987
A primera vista, un puente atirantado puede parecer una variación de un puente colgante, pero son estructuralmente diferentes. A diferencia de los puentes colgantes, los puentes atirantados no requieren anclajes y no son necesarias dos torres. En su lugar, los cables pueden ir desde la calzada hasta una torre que sostiene todo el peso.
Estructura de un puente atirantado.
El diseño básico del puente atirantado se remonta a casi 500 años. Las versiones modernas empezaron a construirse en Europa después de la Segunda Guerra Mundial como sustitutos rentables de los puentes dañados durante la guerra.
La torre de un puente atirantado absorbe y distribuye todas las fuerzas de compresión del puente. Los cables pueden unirse a la calzada en diferentes patrones. Por ejemplo, en un patrón radial, los cables se extienden desde varios puntos de la carretera hasta un único punto en la torre. En un patrón paralelo, los cables se unen tanto a la calzada como a la torre en varios puntos separados.
Hoy en día, los puentes atirantados son una opción popular, ya que ofrecen todas las ventajas de un puente colgante pero a un coste menor para vanos más cortos. Requieren menos cables de acero, son más rápidos de construir e incorporan más secciones de hormigón prefabricado. Los diseños de algunos de estos puentes pueden ofrecer un importante factor sorpresa.
Conclusión
Cada tipo de puente sirve para un propósito diferente y puede utilizarse para salvar distintos tipos de huecos y barreras. Sin embargo, los puentes son algo más que objetos utilitarios. También son maravillas de la ingeniería y objetos de belleza. Esperamos que este resumen le ayude a apreciar más los detalles de los puentes que cruza cada día.
Para apreciar aún más los puentes, eche un vistazo a nuestro post sobre los mejores puentes americanos.
