Puente
Definición
Un puente es una estructura construida para atravesar obstáculos físicos sin cerrar el camino debajo de un cuerpo de agua, valle o camino, con el propósito de proporcionar un paso sobre el obstáculo, generalmente algo que puede ser perjudicial para cruzar de otra manera. Hay muchos diseños diferentes que sirven para un propósito particular y se aplican a diferentes situaciones. Los diseños de puentes varían según la función del puente, la naturaleza del terreno donde se construye y ancla el puente, el material utilizado para fabricarlo y los fondos disponibles para construirlo.
Etimología
El Oxford English Dictionary rastrea el origen de la palabra bridge a una palabra en inglés antiguo brycg , del mismo significado. La palabra puede remontarse directamente a Proto-indoeuropeo * bʰrēw-. La palabra para el juego de cartas del mismo nombre tiene un origen diferente.
Historia
El Puente Arkadiko es uno de los cuatro puentes arqueados micénicos parte de una antigua red de caminos, diseñada para acomodar carros, entre el fuerte de Tiryns y la ciudad de Epidauros en el Peloponeso, en el sur de Grecia. Data de la Edad de Bronce griega (siglo XIII aC), es uno de los puentes de arco más antiguos que aún existen y se usan. Varios puentes de piedra arqueados intactos de la época helenística se pueden encontrar en el Peloponeso.
The greatest bridge builders of antiquity were the ancient Romans. The Romans built arch bridges and aqueducts that could stand in conditions that would damage or destroy earlier designs. Some stand today. An example is the Alcántara Bridge, built over the river Tagus, in Spain. The Romans also used cement, which reduced the variation of strength found in natural stone. One type of cement, called pozzolana, consisted of water, lime, sand, and volcanic rock. Brick and mortar bridges were built after the Roman era, as the technology for cement was lost (then later rediscovered).
In India, the Arthashastra treatise by Kautilya mentions the construction of dams and bridges. A Mauryan bridge near Girnar was surveyed by James Princep. The bridge was swept away during a flood, and later repaired by Puspagupta, the chief architect of emperor Chandragupta I. The use of stronger bridges using plaited bamboo and iron chain was visible in India by about the 4th century. A number of bridges, both for military and commercial purposes, were constructed by the Mughal administration in India.
Aunque existieron grandes puentes chinos de construcción de madera en la época de los Estados Combatientes, el puente de piedra más antiguo que se conserva en China es el Puente Zhaozhou, construido entre 595 y 605 dC durante la Dinastía Sui. Este puente también es importante desde el punto de vista histórico, ya que es el puente de arco segmentario de envergadura de piedra más antiguo del mundo. Los puentes de arco segmentarios europeos se remontan al menos al puente de Alconétar (aproximadamente en el siglo II d. C.), mientras que la enorme era romana, el puente de Trajano (105 dC) presentaba arcos de medio punto abiertos en 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 Sudamérica, justo antes de la colonización europea en el siglo XVI.
Durante el siglo 18 hubo muchas innovaciones en el diseño de puentes de madera por 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 del puente llegó con la construcción del Puente de Hierro en Shropshire, Inglaterra, en 1779. Por primera vez, utilizó arrabio como arcos para cruzar el río Severn.
Con la Revolución Industrial en el siglo XIX, se desarrollaron sistemas de truss 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 gran resistencia a la tracción, se construyeron puentes mucho más grandes, muchos de ellos con las ideas de Gustave Eiffel.
En 1927, el pionero de la soldadura Stefan Bryła diseñó el primer puente de carretera soldado en el mundo, el Puente Maurzyce que más tarde se construyó en el río Słudwia en Maurzyce, cerca de Łowicz, Polonia en 1929. En 1995, la American Welding Society presentó el histórico Welded Structure Award por el puente a Polonia.
Animales
Antes de los humanos, las hormigas han estado haciendo puentes usando sus propios cuerpos para permitir que otros se crucen.
Tipos de puentes
Los puentes se pueden categorizar de diferentes maneras. Las categorías comunes incluyen el tipo de elementos estructurales utilizados, lo que transportan, si son fijos o móviles y los materiales utilizados.
Tipo de estructura
Los puentes se pueden clasificar por la forma en que las fuerzas de tensión, compresión, flexión, torsión y cizalladura se distribuyen a través de su estructura. La mayoría de los puentes emplearán todas las fuerzas principales hasta cierto punto, pero solo unas pocas predominarán. La separación de fuerzas puede ser bastante clara. En una suspensión o tramo 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 un truss.
 Puente de Vigas | Los puentes de vigas son vigas horizontales sostenidas en cada extremo por unidades de subestructura y pueden ser simplemente soportadas cuando los haces solo se conectan a través de un solo tramo, o continuos cuando los rayos están conectados a través de dos o más luces. Cuando hay múltiples tramos, los soportes intermedios se conocen como pilares. Los primeros puentes de vigas eran simples troncos que se encontraban en corrientes 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 cizallamiento y flexión en la viga que se transfiere a lo largo de su longitud a las subestructuras en cada lado. Normalmente están hechas de acero, hormigón o madera. Los puentes de viga y los puentes de viga de placa, usualmente hechos de acero, son tipos de puentes Beam. Los puentes de viga 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, a medida que las tensiones 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 viga de caja, es de 300 metros (980 pies). El puente de vigas 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 luces individuales de 56 pies (17 m). Los puentes de vigas son el tipo de puente más simple y antiguo en uso hoy en día, y son un tipo popular. |
 Puente de armadura | Un puente de armadura es un puente cuya superestructura de soporte de carga está compuesta por una armadura. Esta armadura es una estructura de elementos conectados que forman unidades triangulares. Los elementos conectados (normalmente rectos) pueden estar sujetos a tensión, compresión o, a veces, ambos en respuesta a cargas dinámicas. Los puentes de armadura son uno de los tipos más antiguos de puentes modernos. Los tipos básicos de puentes de armadura que se muestran en este artículo tienen diseños simples que podrían ser fácilmente analizados por los ingenieros de los siglos XIX y principios del siglo XX. Un puente de truss es económico de construir debido a su uso eficiente de materiales. |
 Puente voladizo | Los puentes en voladizo se construyen usando voladizos: vigas horizontales apoyadas en un solo extremo. La mayoría de los puentes en voladizo usan un par de luces continuas que se extienden desde los lados opuestos de los muelles de soporte para encontrarse en el centro del obstáculo que cruza el puente. Los puentes voladizos se construyen utilizando los mismos materiales y técnicas que los puentes de vigas. La diferencia viene 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 una mayor resistencia. El puente voladizo más grande es el Puente de Quebec de 549 metros (1.801 pies) en Quebec, Canadá. |
 Puente de arco | Los puentes de 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 una extensión 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 ferroviaria más largo. Se completó en 1905. Su arco, que se construyó a partir de 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, superado solo por el Friedensbrücke (Syratalviadukt). ) en Plauen, y el arco de piedra ferroviario 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 a partir de bloques de piedra, mientras que el Puente Friedensbrücke se construyó a partir de una mezcla de piedra triturada y mortero de cemento. El puente de arco más grande del mundo actual es el puente de Chaotianmen sobre el río Yangtze con una longitud de 1.741 m (5.712 pies) y una envergadura de 552 m (1.811 pies). El puente fue inaugurado el 29 de abril de 2009 en Chongqing, China. |
 Puente de arco atado | Los puentes de arco atados 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 de tráfico a las fuerzas de empuje en los contrafuertes, los extremos de los arcos están restringidos por la tensión en la cuerda inferior de la estructura.También se llaman arcos de arco. |
 Puente colgante | Los puentes colgantes están suspendidos de los cables. Los primeros puentes colgantes estaban hechos de cuerdas o enredaderas cubiertas con trozos de bambú. En los puentes modernos, los cables cuelgan de las torres que están 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 estresado, el puente colgante sin suelo, el puente colgante de plataforma suspendida y el puente colgante autoajustable. También existe lo que a veces se llama un puente de "semisuspensión", de los cuales el Ferry Bridge de Burton-upon-Trent es el único de este tipo en Europa. El puente colgante más largo del mundo es el Puente Akashi Kaikyō de 3.909 m (12.825 pies) en Japón. |
 Puente suspendido en cables | Puentes atirantados, como puentes colgantes, son 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 en Vladivostok, Rusia. |
Puentes fijos o movibles
La mayoría de los puentes son puentes fijos, lo que significa que no tienen partes móviles y permanecen en un solo lugar hasta que fallen o se demuelen. Los puentes temporales, como los puentes Bailey, están diseñados para ser ensamblados, desmontados, transportados a un sitio diferente y reutilizados. Son importantes en la ingeniería militar, y también se utilizan para transportar tráfico mientras se reconstruye un antiguo puente. Los puentes móviles están diseñados para moverse fuera del camino de los barcos u otros tipos de tráfico, que de otro modo serían demasiado altos para caber. Estos son generalmente alimentados eléctricamente.
Puentes de dos pisos
Los puentes de dos pisos (o de dos pisos) tienen dos niveles, como el puente George Washington, que conecta Nueva York con el condado de Bergen, Nueva Jersey, EE. UU., Como el puente más activo del mundo, con 102 millones de vehículos al año; El trabajo de la armadura entre los niveles de la carretera proporcionó rigidez a las carreteras 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 pistas para los trenes MTRmetro. Algunos puentes de dos pisos solo usan un nivel para el tráfico de la calle; el Washington Avenue Bridge en Minneapolis reserva su nivel más bajo para el tráfico de automóviles y trenes ligeros y su nivel superior para el tráfico de peatones y ciclistas (predominantemente estudiantes de la Universidad de Minnesota). Del mismo modo, en Toronto, el Viaducto del Príncipe Eduardo tiene cinco carriles de tráfico de automóviles, carriles para bicicletas y aceras en la cubierta superior; y un par de pistas para la línea de metro Bloor-Danforth en su cubierta inferior. El tramo oeste del puente de San Francisco-Oakland Bay 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 por carretera. Otros ejemplos incluyen Britannia Bridge sobre Menai Strait y Craigavon Bridge en Derry, Irlanda del Norte. El puente de Oresund entre Copenhague y Malmö consiste en una autopista de cuatro carriles en el nivel superior y un par de vías en el nivel inferior. Tower Bridge en Londres es un ejemplo diferente de un puente de dos pisos, con la sección central que consiste en un tramo basculante de bajo nivel y una pasarela de alto nivel.
Viaductos
Un viaducto se compone de múltiples puentes conectados en una estructura más larga. Los puentes más largos y algunos de los más altos son viaductos, como el Lago Pontchartrain Causeway y el Viaducto de Millau.
Puentes de tres vías
Un puente de tres vías tiene tres luces separadas que se encuentran cerca del centro del puente. El puente aparece como una "T" o una "Y" cuando se ve desde arriba. Los puentes de tres vías son extremadamente raros. The Tridge, Margaret Bridge y Zanesville Y-Bridge son ejemplos.
Tipos de puentes por uso
Un puente se puede categorizar por lo que está diseñado para transportar, como los trenes, el tráfico peatonal o vial, un oleoducto o vía navegable para el transporte acuático o el tráfico de barcazas. Un acueducto es un puente que transporta agua, que se asemeja 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 el ferroviario. Overway es un término para un puente que separa el tráfico de intersección incompatible, especialmente la carretera y el ferrocarril. Un puente puede transportar líneas eléctricas aéreas como lo hace el puente Storstrøm.
Algunos puentes se adaptan 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 puentes también están sujetos a usos no planificados. Las áreas debajo de algunos puentes se han convertido en refugios improvisados y hogares para personas sin hogar, y los defensores de los puentes en todo el mundo son lugares de graffiti prevalentes. Algunos puentes atraen a personas que intentan suicidarse y se conocen como puentes suicidas.
Tipos de puente por material
Los materiales utilizados para construir la estructura también se utilizan para categorizar puentes. Hasta el final del siglo XVIII, los puentes estaban hechos de madera, piedra y mampostería. Los puentes modernos se construyen actualmente en concreto, acero, polímeros reforzados con fibra (FRP), acero inoxidable o combinaciones de esos materiales. Los puentes vivos se han construido con plantas vivas, como las raíces de árboles Ficus elastica en India y las enredaderas de wisteria en Japón.
| Tipo de puente | Materiales usados |
|---|---|
| Viga voladiza | Para pequeñas pasarelas peatonales, los voladizos pueden ser vigas simples; sin embargo, los puentes en voladizo grandes diseñados para manejar el tráfico de la carretera o el ferrocarril utilizan cerchas construidas de acero estructural, o vigas de caja construidas de hormigón pretensado. |
| Suspensión | Los cables generalmente están hechos de cables de acero galvanizados con zinc, junto con la mayor parte del puente, pero algunos puentes aún se fabrican con concreto reforzado con acero. |
| Arco | Piedra, ladrillo y otros materiales que son fuertes en compresión y algo así en cizalla. |
| Haz | Los puentes de vigas pueden usar concreto pretensado, un material de construcción económico, que luego se incorpora con barras de refuerzo. El puente resultante puede resistir las fuerzas de compresión y tensión. |
| Braguero | Las piezas triangulares de los puentes Truss se fabrican con barras rectas y de acero, de acuerdo con los diseños del puente de armadura. |
Estética
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 con 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 en avenidas también le dan más importancia a la estética. Los ejemplos incluyen los puentes de piedra a lo largo del Taconic State Parkway en Nueva York.
Para crear una imagen hermosa, algunos puentes se construyen mucho más alto de lo necesario. Este tipo, que a menudo se encuentra en los jardines de estilo del este de Asia, se llama puente de la Luna, evocando una luna llena creciente. Otros puentes de jardín pueden atravesar solo un lecho seco de guijarros lavados por corrientes de agua, destinados solo a transmitir la impresión de una corriente. A menudo, en los palacios se construirá un puente sobre un canal artificial como símbolo de un pasaje a un lugar o estado de ánimo importante. Un conjunto de cinco puentes cruzan una vía fluvial sinuosa en un importante patio de la Ciudad Prohibida en Beijing, China. El puente central estaba reservado exclusivamente para el uso del Emperador, la Emperatriz y sus asistentes.
Mantenimiento del puente
Mantenimiento del puente que consiste en una combinación de monitoreo y monitoreo estructural de la salud. Esto está regulado en estándares de ingeniería específicos de cada país e incluye, por ejemplo, un monitoreo continuo cada tres a seis meses, una prueba o inspección simple cada dos o tres años y una inspección mayor cada seis o diez años. En Europa, el costo de mantenimiento es más alto que el gasto en puentes nuevos. La vida útil de los puentes de acero soldados puede extenderse significativamente mediante el tratamiento posterior de las transiciones de soldadura. Esto resulta en un beneficio potencial alto, utilizando puentes existentes mucho más allá de la vida útil planificada.
Fallas de puente
La falla de los puentes es una preocupación especial para los ingenieros estructurales al tratar de aprender lecciones vitales para el diseño, la construcción y el mantenimiento de puentes. La falla de los puentes asumió por primera vez el interés nacional durante la época victoriana cuando se construyeron muchos diseños nuevos, a menudo utilizando nuevos materiales.
En los Estados Unidos, el National Bridge Inventory rastrea las evaluaciones estructurales de todos los puentes, incluidas designaciones como "estructuralmente deficientes" y "funcionalmente obsoletas".
Monitoreo de puente
Hay varios métodos utilizados para controlar el estrés en estructuras grandes como puentes. El método más común es el uso de un acelerómetro, que está integrado en el puente mientras se está construyendo. Esta tecnología se usa para la vigilancia a largo plazo del puente.
Otra opción para el monitoreo 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 para el equipo es más rápido y, a diferencia de un acelerómetro, esto hace que las mediciones sean posibles en múltiples estructuras en el menor tiempo posible. Además, este método puede medir puntos específicos en un puente que puede ser difícil de acceder.