Antepasado | Puente colgante sencillo |
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Relacionado | Puente colgante de tramo bajo ; véase también puente atirantado |
Descendiente | Puente colgante autoanclado |
Lleva | Peatones, bicicletas, ganado, automóviles, camiones, vehículos ferroviarios |
Rango de amplitud | De mediano a largo |
Material | Cable de acero , cables de múltiples hilos de acero o eslabones de cadena forjados o fundidos |
Móvil | No |
Esfuerzo de diseño | medio |
Se requiere cimbra | No |
Un puente colgante es un tipo de puente en el que el tablero está colgado debajo de cables de suspensión sobre tirantes verticales. Los primeros ejemplos modernos de este tipo de puente se construyeron a principios del siglo XIX. [5] [6] Los puentes colgantes simples , que carecen de tirantes verticales, tienen una larga historia en muchas partes montañosas del mundo.
Además del tipo de puente más comúnmente llamado puente colgante, que se trata en este artículo, existen otros tipos de puentes colgantes . El tipo que se trata aquí tiene cables suspendidos entre torres , con cables de suspensión verticales que transfieren las cargas vivas y muertas de la plataforma inferior, sobre la que cruza el tráfico. Esta disposición permite que la plataforma esté nivelada o se arquee hacia arriba para obtener espacio libre adicional. Al igual que otros tipos de puentes colgantes, este tipo a menudo se construye sin el uso de cimbra .
Los cables de suspensión deben anclarse en cada extremo del puente, ya que cualquier carga aplicada al puente se transforma en tensión en estos cables principales. Los cables principales continúan más allá de los pilares hasta los soportes a nivel del tablero y continúan hasta las conexiones con anclajes en el suelo. La calzada está sostenida por cables o varillas de suspensión verticales, llamadas perchas. En algunas circunstancias, las torres pueden estar ubicadas en el borde de un acantilado o cañón donde la carretera puede continuar directamente hasta el tramo principal. De lo contrario, el puente generalmente tendrá dos tramos más pequeños, que corren entre cada par de pilares y la carretera, que pueden estar sostenidos por cables de suspensión o su propia estructura de armadura . En los casos en que la estructura de armadura sostiene los tramos, habrá muy poco arco en los cables principales exteriores.
Los primeros puentes colgantes eran cuerdas colgadas sobre un abismo, con una plataforma posiblemente al mismo nivel o colgada debajo de las cuerdas, de modo que la cuerda tenía forma de catenaria .
El siddha tibetano y constructor de puentes Thangtong Gyalpo fue el creador del uso de cadenas de hierro en su versión de puentes colgantes simples . En 1433, Gyalpo construyó ocho puentes en el este de Bután . El último puente de cadenas de Gyalpo que sobrevivió fue el puente Thangtong Gyalpo en Duksum en ruta a Trashi Yangtse , que finalmente fue arrastrado por las aguas en 2004. [7] Los puentes de cadenas de hierro de Gyalpo no incluían un puente de plataforma suspendida , que es el estándar en todos los puentes colgantes modernos en la actualidad. En cambio, tanto la barandilla como la capa para caminar de los puentes de Gyalpo usaban alambres. Los puntos de tensión que soportaban la regla estaban reforzados por las cadenas de hierro. Antes del uso de cadenas de hierro, se cree que Gyalpo usaba cuerdas de sauces retorcidos o pieles de yak. [8] Es posible que también haya usado telas fuertemente atadas.
Los incas utilizaban puentes de cuerda , documentados desde 1615. No se sabe cuándo se construyeron por primera vez. Queshuachaca se considera el último puente de cuerda inca que queda y se reconstruye anualmente.
El primer puente colgante de cadena de hierro del mundo occidental fue el puente Jacob's Creek (1801) en el condado de Westmoreland, Pensilvania , diseñado por el inventor James Finley . [12] El puente de Finley fue el primero en incorporar todos los componentes necesarios de un puente colgante moderno, incluida una plataforma suspendida que colgaba de cerchas. Finley patentó su diseño en 1808 y lo publicó en la revista de Filadelfia, The Port Folio , en 1810. [13]
Los primeros puentes de cadena británicos incluyeron el puente de la abadía de Dryburgh (1817) y el puente Union de 137 m (1820), con vanos que aumentaron rápidamente hasta 176 m con el puente de Menai (1826), "el primer puente colgante moderno importante". [14] El primer puente de cadena en los territorios de habla alemana fue el Puente de las Cadenas en Núremberg . El puente colgante de hierro de Sagar con un vano de 200 pies (también llamado puente Beose) fue construido cerca de Sagar, India, durante 1828-1830 por Duncan Presgrave, maestro de la Casa de la Moneda y Ensayo. [15] El puente colgante de Clifton (diseñado en 1831, completado en 1864 con un vano central de 214 m), es similar al puente de Sagar. Es uno de los más largos del tipo de cadena de arco parabólico. El actual puente colgante de Marlow fue diseñado por William Tierney Clark y se construyó entre 1829 y 1832, en sustitución de un puente de madera situado más abajo que se derrumbó en 1828. Es el único puente colgante que cruza el Támesis sin mareas. El Puente de las Cadenas Széchenyi (diseñado en 1840, inaugurado en 1849), que cruza el río Danubio en Budapest, también fue diseñado por William Clark y es una versión a mayor escala del Puente de Marlow. [16]
Una variante interesante es el Ferry Bridge de Thornewill y Warham en Burton-on-Trent , Staffordshire (1889), donde las cadenas no están unidas a los estribos como es habitual, sino que están unidas a las vigas principales, que están así en compresión. Aquí, las cadenas están hechas de placas planas de hierro forjado, de ocho pulgadas (203 mm) de ancho por una pulgada y media (38 mm) de espesor, remachadas entre sí. [17]
El primer puente colgante construido con cables de acero fue el Puente Araña en Falls of Schuylkill (1816), un puente peatonal modesto y temporal construido tras el colapso del cercano Puente de las Cadenas de James Finley en Falls of Schuylkill (1808). La longitud del puente peatonal era de 124 m, aunque su tablero tenía solo 0,45 m de ancho.
El desarrollo de los puentes colgantes con cables de acero se remonta al puente colgante temporal simple en Annonay construido por Marc Seguin y sus hermanos en 1822. Tenía una longitud de solo 18 m. [18] El primer puente colgante con cables de acero permanente fue el Puente Saint Antoine de Guillaume Henri Dufour en Ginebra de 1823, con dos tramos de 40 m. [18] El primero con cables ensamblados en el aire con el método moderno fue el Grand Pont Suspendu de Joseph Chaley en Friburgo , en 1834. [18]
En Estados Unidos, el primer puente colgante de gran tamaño construido con cables de acero fue el Wire Bridge de Fairmount , en Filadelfia (Pensilvania). Diseñado por Charles Ellet Jr. y terminado en 1842, tenía una longitud de 109 m. El puente colgante de las cataratas del Niágara de Ellet (1847-1848) fue abandonado antes de su finalización. Se utilizó como andamio para el puente ferroviario y de carruajes de dos pisos de John A. Roebling (1855).
El puente Otto Beit (1938-1939) fue el primer puente colgante moderno fuera de los Estados Unidos construido con cables de alambre paralelos. [19]
Dos torres/pilares, dos cables de suspensión, cuatro anclajes de cables de suspensión, múltiples cables de suspensión, el tablero del puente. [20]
Los cables principales de un puente colgante forman una catenaria cuando cuelgan únicamente por su propio peso. Cuando sostienen el tablero, los cables forman una parábola , suponiendo que el peso de los cables es pequeño en comparación con el peso del tablero. Se puede ver la forma a partir del aumento constante del gradiente del cable con la distancia lineal (al tablero), este aumento del gradiente en cada conexión con el tablero proporciona una fuerza de soporte ascendente neta. Combinado con las restricciones relativamente simples impuestas sobre el tablero real, eso hace que el puente colgante sea mucho más simple de diseñar y analizar que un puente atirantado en el que el tablero está en compresión.
Los puentes atirantados y los puentes colgantes pueden parecer similares, pero son bastante diferentes en principio y en su construcción.
En los puentes colgantes, los cables principales de gran tamaño (normalmente dos) cuelgan entre las torres y están anclados en cada extremo al suelo. Los cables principales, que pueden moverse libremente sobre cojinetes en las torres, soportan la carga del tablero del puente. Antes de instalar el tablero, los cables están bajo tensión por su propio peso. A lo largo de los cables principales, cables o varillas más pequeños se conectan al tablero del puente, que se eleva en secciones. A medida que se hace esto, la tensión en los cables aumenta, al igual que ocurre con la carga viva del tráfico que cruza el puente. La tensión en los cables principales se transfiere al suelo en los anclajes y mediante la compresión hacia abajo en las torres.
En los puentes atirantados, las torres son las principales estructuras portantes que transmiten las cargas del puente al suelo. A menudo se utiliza un sistema de voladizos para sostener el tablero del puente cerca de las torres, pero los tramos más alejados de ellas se sostienen mediante cables que van directamente a las torres. Por diseño, todas las fuerzas horizontales estáticas del puente atirantado están equilibradas de modo que las torres de soporte no tiendan a inclinarse ni a deslizarse y, por lo tanto, solo deben resistir las fuerzas horizontales de las cargas vivas.
En un puente colgante de tramo bajo, también llamado puente atirantado bajo el tablero, [21] los cables principales cuelgan completamente debajo del tablero del puente, pero aún están anclados al suelo de una manera similar al tipo convencional. Se han construido muy pocos puentes de esta naturaleza, ya que el tablero es inherentemente menos estable que cuando está suspendido debajo de los cables. Algunos ejemplos incluyen el Pont des Bergues de 1834 diseñado por Guillaume Henri Dufour ; [18] el puente Micklewood de James Smith; [22] y una propuesta de Robert Stevenson para un puente sobre el río Almond cerca de Edimburgo . [22]
El acueducto de Delaware de Roebling (iniciado en 1847) consta de tres secciones sostenidas por cables. La estructura de madera oculta básicamente los cables y, a simple vista, no resulta evidente que se trate siquiera de un puente colgante.
Los cables de suspensión principales de los puentes más antiguos solían estar hechos de cadenas o barras unidas, pero los cables de los puentes modernos están hechos de múltiples hebras de alambre. Esto no solo agrega resistencia, sino que mejora la confiabilidad (a menudo llamada redundancia en términos de ingeniería) porque la falla de unas pocas hebras defectuosas en los cientos que se usan representa una amenaza muy pequeña de falla, mientras que un solo eslabón o barra de ojo en mal estado puede causar la falla de un puente entero. (Se descubrió que la falla de una sola barra de ojo fue la causa del colapso del Puente Silver sobre el río Ohio ). Otra razón es que a medida que aumentaban los tramos, los ingenieros no podían levantar cadenas más grandes hasta su posición, mientras que los cables de hebras de alambre se pueden formular uno por uno en el aire desde una pasarela temporal.
Los casquillos colados se utilizan para hacer una terminación de cable permanente y de alta resistencia. Se crean insertando el cable de suspensión (en los soportes del tablero del puente) en el extremo angosto de una cavidad cónica que está orientada en línea con la dirección de tensión deseada. Los alambres individuales se extienden dentro del cono o "capel", y luego el cono se llena con soldadura fundida de plomo-antimonio-estaño (Pb80Sb15Sn5). [23]
La mayoría de los puentes colgantes tienen estructuras de celosía abiertas para soportar la plataforma de la vía, en particular debido a los efectos desfavorables del uso de vigas de placa, descubiertos a partir del colapso del puente Tacoma Narrows (1940) . En la década de 1960, los avances en la aerodinámica de los puentes permitieron la reintroducción de estructuras de placa como vigas de cajón poco profundas , vistas por primera vez en el puente Severn , construido entre 1961 y 1966. En la imagen del puente Yichang , observe el borde de entrada muy afilado y las vigas inferiores inclinadas en el puente colgante que se muestra. Esto permite que se utilice este tipo de construcción sin el peligro de desprendimiento de vórtices y los consiguientes efectos aeroelásticos, como los que destruyeron el puente original de Tacoma Narrows.
En cualquier puente actúan tres tipos de fuerzas: la carga muerta , la carga viva y la carga dinámica . La carga muerta se refiere al peso del propio puente. Como cualquier otra estructura, un puente tiene tendencia a derrumbarse simplemente por las fuerzas gravitacionales que actúan sobre los materiales de los que está hecho. La carga viva se refiere al tráfico que se desplaza por el puente, así como a factores ambientales normales, como cambios de temperatura, precipitaciones y vientos. La carga dinámica se refiere a factores ambientales que van más allá de las condiciones meteorológicas normales, como ráfagas repentinas de viento y terremotos. Los tres factores deben tenerse en cuenta al construir un puente.
Los principios de suspensión utilizados a gran escala también aparecen en contextos menos dramáticos que los puentes de carretera o ferroviarios. La suspensión con cables ligeros puede resultar menos costosa y parecer más elegante para un puente para bicicletas o peatones que los soportes de vigas fuertes. Un ejemplo de esto es el puente Nescio en los Países Bajos y el puente peatonal colgante Riegelsville diseñado por Roebling en 1904 sobre el río Delaware en Pensilvania. [24] El puente colgante peatonal más largo, que se extiende sobre el río Paiva, en el Geoparque de Arouca , Portugal, se inauguró en abril de 2021. El puente de 516 metros cuelga 175 metros sobre el río. [25]
Cuando un puente de este tipo salva un espacio entre dos edificios, no es necesario construir torres, ya que los edificios pueden anclar los cables. La suspensión por cables también puede verse reforzada por la rigidez inherente de una estructura que tiene mucho en común con un puente tubular .
Los puentes colgantes típicos se construyen siguiendo una secuencia que se describe a continuación. Según la longitud y el tamaño, la construcción puede llevar entre un año y medio (la construcción del puente original de Tacoma Narrows llevó solo 19 meses) y hasta una década (la construcción del puente Akashi-Kaikyō comenzó en mayo de 1986 y se inauguró en mayo de 1998, un total de doce años).
Los puentes colgantes suelen clasificarse por la longitud de su tramo principal. Estos son los diez puentes con los tramos más largos, seguidos por la longitud del tramo y el año en que se inauguró el puente al tráfico:
Puente | País | Longitud | Año |
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Puente de Çanakkale 1915 | Pavo | 2023 m (6637 pies) | 2022 |
Puente Akashi Kaikyō | Japón | 1991 m (6532 pies) | 1998 |
Puente Yangsigang | Porcelana | 1700 m (5577 pies) | 2019 |
Puente Xihoumen | Porcelana | 1650 m (5413 pies) | 2009 |
Puente del Gran Belt | Dinamarca | 1624 m (5328 pies) | 1998 |
Puente Osman Gazi | Pavo | 1550 m (5085 pies) | 2016 |
Puente Lee Sun-shin | Corea del Sur | 1545 m (5069 pies) | 2012 |
Puente Runyang | Porcelana | 1490 m (4888 pies) | 2005 |
Cuarto puente sobre el Yangtze en Nanjing | Porcelana | 1418 m (4652 pies) | 2012 |
Puente Humber | Reino Unido | 1410 m (4626 pies) | 1981 |
Puente Yavuz Sultan Selim | Pavo | 1408 m (4619 pies) | 2016 |
(Cronológico)
El puente colgante de Broughton (Inglaterra) fue un puente de cadenas de hierro construido en 1826. Fue uno de los primeros puentes colgantes de Europa y se derrumbó en 1831 debido a la resonancia mecánica inducida por las tropas que marchaban al mismo paso. Como resultado del incidente, el ejército británico emitió una orden para que las tropas "interrumpieran el paso" al cruzar un puente.
El Puente de Plata (EE. UU.) era un puente de autopista con cadenas de barras de ojo, construido en 1928, que se derrumbó a fines de 1967, matando a cuarenta y seis personas. El puente tenía un diseño de baja redundancia que era difícil de inspeccionar. El derrumbe inspiró una legislación para garantizar que los puentes más antiguos se inspeccionaran y mantuvieran regularmente. Después del derrumbe, un puente de diseño similar se cerró de inmediato y finalmente se demolió. Se había construido un segundo puente de diseño similar con un margen de seguridad más alto y permaneció en servicio hasta 1991.
El puente Tacoma Narrows (EE. UU.), 1940, era vulnerable a las vibraciones estructurales en caso de vientos moderados y sostenidos debido a su estructura de tablero de vigas de placas. El viento provocó un fenómeno llamado aleteo aeroelástico que provocó su colapso solo meses después de su finalización. El colapso fue capturado en película. No hubo muertes humanas en el colapso; varios conductores escaparon de sus autos a pie y llegaron a los anclajes antes de que el puente cayera.
El puente colgante de Yarmouth (Inglaterra) fue construido en 1829 y se derrumbó en 1845, matando a 79 personas.
El puente colgante del río Peace (Canadá), que se terminó de construir en 1943, se derrumbó cuando el soporte de tierra del ancla norte del puente colgante falló en octubre de 1957. Posteriormente, todo el puente se derrumbó.
El puente Kutai Kartanegara (Indonesia) sobre el río Mahakam , ubicado en la regencia de Kutai Kartanegara , distrito de Kalimantan Oriental en la isla indonesia de Borneo , fue construido en 1995, completado en 2001 y colapsó en 2011. Decenas de vehículos en el puente cayeron al río Mahakam . Como resultado de este incidente, 24 personas murieron y decenas más resultaron heridas y fueron tratadas en el Hospital Regional Aji Muhammad Parikesit. Mientras tanto, 12 personas fueron reportadas como desaparecidas, 31 personas resultaron gravemente heridas y 8 personas tuvieron heridas leves. Los hallazgos de la investigación indican que el colapso fue causado en gran parte por la falla de construcción de la abrazadera colgante vertical. También se encontró que el mantenimiento deficiente, la fatiga en los materiales de construcción de la suspensión de cables, la calidad del material y las cargas del puente que exceden la capacidad del vehículo, también pueden tener un impacto en el colapso del puente. En 2013, el puente Kutai Kartanegara se reconstruyó en el mismo lugar y se completó en 2015 con un diseño de puente de arco pasante .
El 30 de octubre de 2022, Jhulto Pul , un puente colgante peatonal sobre el río Machchhu en la ciudad de Morbi, Gujarat, India, se derrumbó, lo que provocó la muerte de al menos 141 personas.