Puente

The earliest forms of bridges were simple structures for crossing wetlands and creeks, consisting of wooden boardwalks or logs.^[2][a]Pilings –which are critical elements of bridge construction –were used in Switzerland around 4,000 BC to support stilt houses built over water.^[4] Several corbel arch bridges were built c. 13th century BC by the Mycenaean Greece culture, including the Arkadiko Bridge, which is still in existence.^[5] In the 7th century BC, Assyrian king Sennacherib constructed stone aqueducts to carry water near the city of Nineveh; one of the aqueducts crossed a small valley at Jerwan with five corbelled arches, and was 280 meters (920 ft) long and 20 meters (66 ft) wide.^[6] In Babylonia in 626 BC, a bridge across the Euphrates was built with an estimated length of 120 to 200 meters (390 to 660 ft).^[7] In India, the Arthashastra treatise by Kautilya mentions the construction of bridges and dams.^[8] Ancient China has an extensive history of bridge construction, including cantilever bridges, rope bridges, and bridges built across floating boats.^[9]

Los antiguos romanos construyeron muchos puentes duraderos utilizando técnicas de ingeniería avanzadas. ^{[ 10 ]} Muchos acueductos romanos , algunos aún en pie , utilizaban un estilo de arco semicircular. ^{[ 10 ]} Ejemplos de ello son el Puente de Alcántara en España y el Pont du Gard en Francia. ^{[ 11 ]} Los romanos utilizaban cemento como material de construcción, que podía mezclarse con pequeñas rocas para formar hormigón , o mezclarse con arena para formar mortero para unir ladrillos o piedras. ^{[ 12 ]} Algunos cementos romanos, en particular los que contenían ceniza volcánica , eran impermeables. ^{[ 13 ] [ b ]} El enorme Puente de Trajano, de madera y piedra ( c. 105 d. C.), cruzaba el río Danubio y tenía más de 900 metros (3000 pies) de longitud. ^{[ 14 ]}   

El puente de piedra más antiguo que se conserva en China es el puente de Anji , construido entre los años 595 y 605 d. C. durante la dinastía Sui . Este puente también tiene una gran importancia histórica, ya que es el puente de arco segmentado de piedra con tímpanos abiertos más antiguo del mundo. ^{[ 16 ]} Los puentes de cuerda , un tipo sencillo de puente colgante , fueron utilizados por la civilización inca en la cordillera de los Andes de Sudamérica antes de la colonización europea en el siglo XVI. ^{[ 17 ]}

En la Europa medieval , las capacidades de diseño de puentes disminuyeron tras la caída de Roma , pero resurgieron en la Alta Edad Media en Francia, Inglaterra e Italia con la construcción de puentes como el Pont d'Avignon , los puentes sobre el río Durance y el Old London Bridge . ^{[ 18 ]} Entre los ejemplos que aún se conservan se encuentran el Ponte Vecchio en Florencia, el Old Exe Bridge y el Monnow Bridge en Gales. ^{[ 18 ]}

In 15th- and 16th-century Europe, the Renaissance brought a new emphasis on science and engineering.^[19] Figures such as Galileo Galilei, Fausto Veranzio, and Andrea Palladio (author of I quattro libri dell'architettura) wrote treatises that applied a rigorous, analytic approach to architecture and building.^[20] Their innovations included truss bridges and stone segmental arches, resulting in Florence's Ponte Santa Trinita, the Rialto Bridge in Venice, and Paris's Pont Neuf.^[21] Military and commercial bridges were constructed in India by the Mughal administration.^[22] The Asante Empire in Africa built bridges over streams and rivers using tree trunks and beams.^[23]

In the late 18th century, the design of arch bridges was revolutionized in Europe by Jean-Rodolphe Perronet and John Rennie. They designed arches that were flatter than semicircular Roman arches, which yielded faster construction times, better water flow under the bridge, and slimmer piers. These designs were used for the Pont de la Concorde and New London Bridge.^[24]

With the advent of the Industrial Revolution, iron became an important construction material for bridges.^[26] Both cast iron (which is strong under compression, but brittle) and wrought iron (which was more ductile and better under tension) were used for building bridges.^[27]The Iron Bridge in England –made of cast iron and completed in 1781 –was the first major bridge made entirely of metal.^[28] Several long suspension bridges were built in the early 19th century using iron eyebars (steel wire, vastly superior, became available later in the century).^[29]

La era de los ferrocarriles comenzó en la década de 1820 y condujo a importantes innovaciones en el diseño de puentes. ^{[ 30 ]} Gran Bretaña es representativa de cómo los ferrocarriles influyeron en la construcción de puentes en las naciones industrializadas: liderados por los diseñadores Isambard Kingdom Brunel , Robert Stephenson y Joseph Locke , los puentes ferroviarios británicos aumentaron constantemente de tamaño a medida que pasaban las décadas. ^{[ 31 ]} Entre los puentes notables de esa época se incluyen el High Level Bridge (1849), ^{[ 32 ]} Royal Border Bridge (1850), ^{[ 32 ]} Britannia Bridge (1850), ^{[ 33 ]} Royal Albert Bridge (1859), ^{[ 34 ]} y Clifton Suspension Bridge (1864). ^{[ 35 ]} El número de puentes ferroviarios en Gran Bretaña aumentó de 30 000 a 60 000 durante la era de la Railway Mania . ^{[ 36 ]} Los puentes ferroviarios utilizaban principalmente diseños de arcos de mampostería y piedra, ya que estos podían soportar las enormes cargas impuestas por los trenes, pero también se utilizaban diseños de vigas de hierro (sobre pilares de mampostería o piedra). ^{[ 37 ]} La abundancia de madera barata en Norteamérica llevó a que ese continente favoreciera la madera como material para puentes: utilizando diseños de celosía (para grandes vanos) y diseños de caballetes (para salvar profundos barrancos). ^{[ 38 ]}

La producción en masa de acero a finales del siglo XIX proporcionó un nuevo material para puentes, lo que permitió la construcción de puentes de celosía y puentes en voladizo más ligeros y resistentes; y los alambres de acero reemplazaron a las barras de hierro como material preferido para los cables de los puentes colgantes. ^{[ 39 ]} El hormigón , que se utilizaba originalmente en el Imperio Romano , mejoró con la invención del cemento Portland a principios del siglo XIX y reemplazó a la piedra y la mampostería como material principal para los cimientos de los puentes . Cuando el hierro o el acero se incrustan en el hormigón, como en el hormigón armado o el hormigón pretensado , se obtiene un material resistente y económico que puede utilizarse para los elementos horizontales de los puentes de vigas y los puentes de viga cajón . ^{[ 40 ]}  

El puente Sidi M'Cid en Argelia era el puente más alto del mundo cuando se construyó en 1912. ^{[ 41 ]}

A lo largo del siglo XX, los nuevos puentes —del diseñador Othmar Ammann y otros— batieron repetidamente récords de distancias de vano, permitiendo que las redes de transporte cruzaran ríos y valles cada vez más anchos. ^{[ 42 ]} Los puentes atirantados —que utilizan tirantes como único medio de soporte— se convirtieron en un diseño de puente popular después de la Segunda Guerra Mundial . ^{[ 43 ] [ c ]} A finales del siglo XX se produjeron varias innovaciones importantes en el diseño de puentes. Se introdujeron los puentes extradosados ​​y encontraron un uso generalizado, principalmente en Japón. ^{[ 47 ]} En China, se adoptaron tubos de acero rellenos de hormigón como un nuevo enfoque para la construcción de puentes de arco . ^{[ 48 ]} Los polímeros reforzados con fibra —que no sufren los problemas de corrosión que afectan al acero— se utilizaron en puentes para muchas aplicaciones, como vigas, losas de cubierta, cables de pretensado, envolturas en el exterior de elementos de hormigón y refuerzo interno dentro del hormigón. ^{[ 49 ] [ d ]} En el siglo XXI, un tramo de puente superó los 2 kilómetros (1,2 millas) por primera vez con la construcción del puente de Çanakkale en 1915. ^{[ 50 ] [ e ]}       

Hasta principios del siglo XIX, la mayoría de los puentes estaban diseñados para transportar peatones, caballos y carruajes tirados por caballos. ^{[ 30 ]} Tras la invención del ferrocarril, se construyeron muchos puentes ferroviarios; en Gran Bretaña, el número de puentes se duplicó durante el auge de la construcción ferroviaria a mediados del siglo XIX. ^{[ 30 ]} Los puentes ferroviarios tienen requisitos únicos debido a las pesadas cargas que soportan : una sola locomotora puede pesar 197 toneladas (217 toneladas cortas) . ^{[ 56 ]} Los puentes ferroviarios están diseñados para minimizar la deflexión (flexión bajo carga), maximizar la robustez (localizar el daño causado por accidentes) y tolerar fuertes impactos (golpes repentinos, por ejemplo, de las ruedas del ferrocarril al golpear una imperfección en la vía). ^{[ 57 ]} Estos requisitos llevaron a los ferrocarriles a evitar los puentes curvos, los puentes colgantes y los puentes atirantados; en su lugar, se utilizan comúnmente puentes de vigas rectas o de celosía. ^{[ 58 ]} El crecimiento explosivo de las redes de autopistas en el siglo XX requirió puentes que abarcaran distancias cada vez mayores para llegar a las islas y cruzar valles, ^{[ 59 ]} junto con la introducción urbana de ferrocarriles elevados y monorraíles . 

Una aplicación importante de los puentes es la mejora de la seguridad y el flujo de tráfico en los cruces donde las carreteras o las vías férreas se cruzan a nivel del suelo. Estas intersecciones obligan a los vehículos a detenerse, lo que provoca un tráfico más lento, un mayor consumo de combustible y una mayor incidencia de colisiones. Una técnica para mitigar estos problemas es la construcción de un puente, que permite que una de las carreteras pase por encima de la otra: este proceso se conoce como separación de niveles . ^{[ 60 ] [ f ]} La separación de niveles puede implementarse en intersecciones de ferrocarril y carretera ^{[ 61 ]} o en intersecciones de carretera y carretera . ^{[ 62 ]}

Algunos puentes, conocidos como pasarelas peatonales , están destinados al tránsito de peatones. ^{[ 63 ]} Varían desde simples pasarelas que permiten el paso sobre terrenos pantanosos hasta pasarelas elevadas , incluido el Sistema Skyway de Minneapolis , que protegen a los peatones de las inclemencias del invierno. ^{[ 64 ]} Cuando se utilizan para cruzar calles en zonas urbanas concurridas, las pasarelas peatonales suelen ser más seguras que los pasos de peatones, pero han sido criticadas por urbanistas y defensores de los derechos de las personas con discapacidad por incomodar a los peatones, dificultar la accesibilidad, disminuir la calidad de vida en la ciudad y perpetuar la dependencia del automóvil . ^{[ 65 ]}  

Los puentes militares son un tipo importante de equipo en el campo de la ingeniería militar . Cumplen diversas funciones en tiempos de guerra, como atravesar rápidamente obstáculos en medio de la batalla o facilitar el reabastecimiento detrás de las líneas del frente. ^{[ 66 ]} Los puentes militares se pueden clasificar en puentes húmedos que descansan sobre flotadores de pontones y puentes secos que descansan sobre pilares, riberas de ríos o anclajes. ^{[ 66 ]} Un mecanismo rudimentario para cruzar un pequeño barranco consiste en colocar un fajín (un gran haz de tubos o troncos) en el barranco para permitir el paso de vehículos. ^{[ 67 ]}

Los puentes lanzados desde vehículos blindados se transportan en vehículos especialmente diseñados. ^{[ 67 ]} Estos vehículos suelen tener el mismo rendimiento todoterreno que un tanque y pueden transportar un puente hasta un obstáculo y desplegarlo ("lanzarlo"). ^{[ 69 ]} El vehículo Chieftain del Reino Unido podía lanzar un puente de 23 metros (75 pies) , capaz de soportar cargas de 54 toneladas (60 toneladas cortas) , en 3 minutos. ^{[ 70 ]} Los puentes militares se han utilizado en aplicaciones civiles. El puente Bailey se inventó originalmente en 1940 para su uso en la Segunda Guerra Mundial, pero continúa utilizándose en tiempos de paz. Los puentes Bailey se utilizan como puentes pequeños y permanentes, así como puentes temporales mientras se reemplaza o repara un puente permanente. ^{[ 68 ]}   

Durante la guerra, los puentes suelen sufrir daños por bombardeos o ataques de ingenieros de combate . Los puentes pueden ser objetivos valiosos porque son inmóviles, relativamente fáciles de detectar desde el aire, y los daños que sufren pueden interrumpir la red de transporte del enemigo. ^{[ 71 ]} Los puentes han sido blanco de la artillería desde la antigüedad, y la llegada de nuevas tecnologías , en concreto, aeronaves y drones , ha facilitado los ataques a puentes. Alemania utilizó el avión Stuka para realizar ataques de bombardeo en picado contra puentes durante la Segunda Guerra Mundial, ^{[ 72 ]} y Ucrania dañó el puente de Crimea con un ataque de dron en 2023. ^{[ 73 ]}  

Algunos puentes albergan usos distintos al transporte. Los puentes de oleoductos transportan tuberías de petróleo o agua a través de valles o ríos. ^{[ 74 ]} Muchos puentes históricos sostenían edificios, incluyendo santuarios, fábricas, tiendas, restaurantes y casas. Ejemplos notables fueron el Puente Viejo de Londres y el Ponte Vecchio . ^{[ 75 ]} Algunos puentes construidos en Europa en la Edad Media incorporaron capillas en su diseño. ^{[ 76 ]} En la era moderna, se pueden encontrar restaurantes sobre puentes en algunas áreas de descanso de autopistas ; estos albergan un restaurante o tiendas directamente sobre la autopista y son accesibles para los conductores que se mueven en ambas direcciones. ^{[ 77 ]} Ejemplos incluyen el Arco Will Rogers sobre la Autopista de Peaje de Oklahoma ^{[ 78 ]} y varios oasis de la Autopista de Peaje de Illinois . El puente Nový Most en Bratislava cuenta con un restaurante ubicado en la cima de su única torre. ^{[ 79 ]} Los conservacionistas utilizan puentes para la vida silvestre para reducir la fragmentación del hábitat y las colisiones entre animales y vehículos. ^{[ 80 ]} Los primeros pasos para la fauna silvestre se construyeron en la década de 1950, y este tipo de puentes se utilizan ahora en todo el mundo. ^{[ 81 ]}

La elección de la estructura del puente a utilizar en una situación particular se basa en muchos factores, incluyendo la estética, el entorno, el costo y el propósito. ^{[ 84 ]} Algunos tramos de puente combinan dos tipos de estructuras básicas; por ejemplo, el Puente de Brooklyn es principalmente una estructura colgante, pero también utiliza tirantes de cable. ^{[ 85 ]} Algunos puentes de varios tramos , llamados puentes híbridos , utilizan diferentes estructuras básicas para diferentes tramos. ^{[ 86 ]}  

Puente de arco

Puente de arco

Arco de cubierta

Arco atado

Los puentes de arco constan de un arco curvo, sometido a compresión, que soporta el tablero ya sea por encima o por debajo del arco. ^{[ 87 ]} La forma del arco puede ser un semicírculo , una elipse , un arco apuntado o un segmento de círculo . ^{[ 88 ]} Los arcos ejercen una fuerza diagonal en ambos extremos, lo que requiere soportes o estribos fuertes para evitar que el arco se separe o colapse. ^{[ 89 ]} Los puentes de arco de tablero sostienen el tablero por encima del arco; los puentes de arco atirantado suspenden el tablero por debajo del arco; y los puentes de arco pasante colocan el tablero en el centro del arco. ^{[ 90 ]}

Puente de celosía

Puente de celosía

A través de la armadura

Cercha de cubierta

Un puente de celosía se compone de múltiples elementos triangulares conectados. ^{[ 91 ]} El conjunto de triángulos forma un todo rígido que descansa sobre la cimentación en ambos extremos, aplicando una fuerza vertical hacia abajo. ^{[ 91 ]} El tablero puede estar apoyado sobre la celosía ("celosía de tablero") o en la parte inferior de la celosía ("celosía pasante"). ^{[ 92 ]} Las celosías pasantes son útiles cuando se requiere mayor espacio libre bajo el puente; las celosías de tablero permiten cargas sobredimensionadas y no interfieren con objetos aéreos, como líneas eléctricas. ^{[ 93 ]} Las barras individuales pueden ser de hierro o madera, pero la mayoría de los puentes de celosía modernos son de acero. ^{[ 94 ]} Las barras horizontales superiores suelen estar en compresión , y las inferiores suelen estar en tensión . ^{[ 91 ]} Las barras que conectan la parte superior e inferior pueden estar en tensión o compresión, según la disposición de los triángulos. ^{[ 95 ]} Las cerchas suelen tener una relación luz-altura (el ancho de una estructura dividido por su altura) que oscila entre 10 y 16, en comparación con los puentes de vigas que suelen tener una relación que oscila entre 20 y 30. ^{[ 96 ]} Las cerchas tienden a ser relativamente rígidas y se utilizan comúnmente para puentes ferroviarios que deben soportar cargas muy pesadas. ^{[ 96 ]}

Puente en voladizo

Puente en voladizo

Voladizo equilibrado sobre un solo pilar

Dos voladizos que se extienden desde los anclajes

Los puentes en voladizo consisten en vigas o cerchas que están rígidamente unidas a un soporte (pilar o anclaje) y se extienden horizontalmente desde el soporte sin soportes adicionales. ^{[ 97 ]} En la antigua Asia, los puentes en voladizo hechos de grandes rocas o madera se usaban para salvar pequeños obstáculos. ^{[ 98 ]} En la década de 1880, algunos de los primeros puentes en voladizo se construyeron con hierro forjado, pero el acero se hizo común a partir de finales del siglo XIX. ^{[ 99 ]} Un puente en voladizo equilibrado consta de dos voladizos conectados que se extienden hacia afuera en direcciones opuestas desde un único soporte central. ^{[ 100 ]} Otros puentes en voladizo tienen dos voladizos, anclados en cada extremo del tramo, que se extienden hacia el centro y se encuentran en el centro. ^{[ 101 ]} La construcción en voladizo es un método de construcción de una superestructura de puente , que se puede utilizar para puentes de arco y atirantados, así como para puentes en voladizo. En esta técnica, la construcción comienza en un soporte (específicamente un pilar, estribo o torre) y se extiende hacia afuera a través del obstáculo, sin ningún soporte desde abajo. ^{[ 102 ]}

Puente colgante

Puente colgante

Con anclajes

Autoanclado

Los puentes colgantes tienen grandes cables curvos unidos a la parte superior de altas torres, ^{[ h ]} y suspenden el tablero del puente de los cables. ^{[ 103 ] [ i ]} A principios del siglo XIX, los primeros puentes colgantes modernos , como el puente de Jacob's Creek , eran puentes de cadena que usaban barras de hierro en lugar de cables agrupados. ^{[ 105 ]} Después de que el alambre de acero se generalizó, se pudieron construir cables más largos tendiendo cientos de cables entre las torres y agrupándolos, ^{[ 106 ]} lo que permitió que los puentes colgantes alcanzaran tramos de 2 kilómetros (1,2 millas) de largo. Cuando el puente cruza un río, tender los cables a lo largo del gran tramo es un proceso complejo. ^{[ 107 ]} El cable de un puente colgante adopta la forma de una catenaria cuando está suspendido inicialmente entre las torres del puente; sin embargo, una vez que se aplica la carga uniforme del tablero del puente, el cable adopta una forma parabólica . ^{[ 108 ]} Las torres más cortas requieren una flecha menor en el cable, lo que aumenta la tensión en el cable y, por lo tanto, requiere torres y anclajes más resistentes. ^{[ 109 ]}  

Puente atirantado

Puente atirantado

Diseño de arpa, dos torres

Diseño en forma de abanico, torre única

Los puentes atirantados son similares a los puentes colgantes, pero los cables que sostienen el tablero se conectan directamente a las torres. ^{[ 110 ] [ h ]} Los cables inclinados pueden disponerse en forma de abanico o de arpa. ^{[ 113 ] [ j ]} Los puentes atirantados modernos se popularizaron después de la Segunda Guerra Mundial, cuando el diseño se utilizó para muchos puentes nuevos en Alemania. ^{[ 115 ]} Al atravesar un obstáculo ancho, los diseñadores pueden elegir entre estructuras colgantes o atirantadas. Los puentes colgantes pueden lograr un tramo más largo, pero los puentes atirantados utilizan menos cable para un tamaño de tramo dado, no requieren anclajes y el tablero se puede construir fácilmente en voladizo desde las torres. ^{[ 116 ]}

Puente de vigas

Puente de vigas

Los puentes de vigas son estructuras simples que consisten en una o más vigas o viguetas horizontales paralelas que salvan un obstáculo. ^{[ 117 ]} Un puente de viga cajón es una variante que generalmente es menos profunda que un equivalente de viga en I , lo que permite que carreteras de acceso más cortas y bajas crucen un obstáculo de una altura determinada. ^{[ 118 ]} Los puentes de vigas se utilizan comúnmente tanto para ferrocarriles como para carreteras. ^{[ 117 ]} Los puentes de vigas se utilizan a menudo para tramos más cortos de unos 50 metros (160 pies) ; para tramos más largos, las cerchas o estructuras similares suelen ser más eficientes. ^{[ 119 ]} La mayoría de los puentes de vigas tienen una base plana y horizontal; pero algunos tienen una base que se arquea hacia arriba, llamada chaflán . El chaflán tiene un aspecto más elegante que una base plana y puede proporcionar una mayor altura libre debajo del puente, pero tiende a ser más costoso porque las vigas de base plana son más fáciles de construir. ^{[ 120 ]} 

Además de las estructuras básicas de puentes, existen muchos otros tipos. Las siguientes secciones describen algunas de las formas más comunes, pero no constituyen una lista exhaustiva.

Puente móvil

Los puentes móviles están diseñados para que toda o parte de la calzada pueda moverse, generalmente para permitir el paso de vehículos altos , como barcos o buques . ^{[ 122 ]} Los primeros puentes móviles incluyen puentes levadizos que pivotaban en un extremo y requerían mucho trabajo para elevarse. Agregar contrapesos en el lado del pivote del puente levadizo crea un puente basculante , y hace que mover el puente sea más fácil y seguro. ^{[ 123 ]} Los puentes giratorios pivotan horizontalmente alrededor de un punto de anclaje en la orilla de un canal, o a veces desde un muelle en medio del agua. ^{[ 124 ]} Los puentes elevables se levantan verticalmente entre dos torres mediante cables que pasan por poleas en la parte superior de las torres. ^{[ 125 ]} Entre los puentes móviles notables se incluyen el puente ferroviario de El Ferdan en Egipto, el puente basculante Erasmusbrug en Rotterdam y la pasarela peatonal de Limehouse Basin en Londres. ^{[ 126 ]} En la era moderna, los diseñadores a veces crean puentes móviles inusuales con la intención de establecer puentes emblemáticos para una ciudad o localidad. ^{[ 126 ]} Algunos ejemplos incluyen el puente giratorio Puente de la Mujer en Buenos Aires, el Gateshead Millennium —un raro ejemplo de puente basculante— sobre el río Tyne , y el puente Hörn en Alemania ^{. [ 127 ] [} k ^]    

Puente largo de varios tramos

Hay una variedad de términos que describen puentes largos de múltiples tramos , incluyendo viaducto, caballete, continuo y calzada. El uso de los términos puede superponerse, pero cada uno tiene un enfoque específico. ^{[ 129 ]} Los viaductos (que transportan vehículos) y los acueductos (que transportan agua) son puentes que cruzan un valle o paso subterráneo , sostenidos por múltiples arcos o pilares. ^{[ 130 ]} Los romanos construyeron muchos acueductos, algunos de los cuales aún se mantienen en pie hoy en día. ^{[ 131 ]} Entre los viaductos notables se incluyen el Viaducto de Penponds en Inglaterra, ^{[ 132 ]} el Viaducto de Garabit en Francia, ^{[ 133 ]} el Viaducto de Tunkhannock en Pensilvania, ^{[ 134 ]} y el Viaducto de Millau en Francia. ^{[ 128 ]} 

Un puente de caballetes – comúnmente utilizado en el siglo XIX para puentes ferroviarios – consta de múltiples tramos cortos sostenidos por elementos estructurales muy espaciados. ^{[ 135 ]} Un caballete es similar a un viaducto, pero los viaductos suelen tener pilares más altos y tramos más largos. ^{[ 136 ]} Un puente de celosía continua es una celosía larga y única que descansa sobre múltiples soportes. Un puente de celosía continua puede usar menos material que una serie de celosías simples porque una celosía continua distribuye las cargas vivas a través de todos los tramos (a diferencia de una serie de celosías simples, donde cada celosía debe ser capaz de soportar toda la carga viva). Visualmente, una celosía continua se parece a un puente en voladizo, pero una celosía continua experimenta esfuerzos de flexión negativa en los soportes y esfuerzos de flexión negativa entre los soportes. ^{[ 137 ] [ l ]} Una calzada es un camino bajo, generalmente cruzando un pantano, marisma, lago u otro cuerpo de agua. ^{[ 139 ]} Muchas calzadas son terraplenes de tierra, pero algunas son puentes elevados, como la calzada del lago Pontchartrain de 38,4 kilómetros (23,9 millas) en Luisiana. ^{[ 139 ]}  

Extradosificado

An extradosed bridge combines features of a box girder bridge and a cable-stayed bridge.^[141] Visually, extradosed bridges can be distinguished from cable-stayed bridges because the tower height (above the deck) is relatively low: between seven and thirteen percent of the span width.^[142] Extradosed bridges are appropriate for spans ranging from 100 meters (330 ft) to 250 meters (820 ft).^[142] Unlike suspension bridges or cable-stayed bridges, the towers of an extradosed bridge often rest on the deck (rather than on a footing) and are solidly connected to the deck.^[143] Because of the relatively flat angle of the cables, the cables of an extradosed bridge compress the deck horizontally, performing a function comparable to prestressing wires that are used within concrete girders.^[144] Extradosed bridges may be appropriate in applications where the deck must have a shallow depth to maximize clearance under the bridge; or where towers must be relatively short to abide by aviation safety constraints.^[145]

Pontoon bridge

A pontoon bridge, also known as a floating bridge, uses floats or shallow-draft boats to support a continuous deck for pedestrian or vehicle travel over water.^[147] Pontoon bridges are typically used where waters are too deep to build piers, or as a mechanism to implement a movable swing bridge in a canal.^[148] During the Second Persian invasion of Greece, Persian ruler Xerxes built a large pontoon bridge across the Hellespont, consisting of two parallel rows of 360 boats.^[149]

Several pontoon bridges are in use in the modern world. Washington state in the US has several, including Hood Canal Bridge.^[150] In Norway, Nordhordland Bridge crosses a deep fjord by resting on floating concrete pontoons.^[146] Many armies have pontoon bridges that can be rapidly deployed, including the PMP Floating Bridge, designed by the USSR.^[151]

El proceso de diseño de un nuevo puente suele pasar por varias etapas, refinando progresivamente el diseño. ^{[ 152 ]} Un primer paso en el proceso de diseño , a veces llamado diseño conceptual , es considerar los múltiples requisitos que debe cumplir un puente. ^{[ 152 ]} Los requisitos directamente relacionados con la función incluyen la vida útil, la seguridad, el clima, las condiciones del suelo, el volumen de tráfico, el tamaño y la naturaleza del obstáculo a atravesar y el espacio libre requerido para el paso por debajo. ^{[ 153 ]} Otras limitaciones pueden incluir el costo de construcción, el costo de mantenimiento, la estética, el tiempo disponible para la construcción, la preferencia del propietario y la experiencia de los constructores. ^{[ 153 ]} Algunos diseños de puentes consideran factores como el impacto en el medio ambiente y la vida silvestre, y la relación económica, social e histórica del puente con la comunidad local. ^{[ 154 ]} Una vez establecidos los requisitos de un puente, un diseñador de puentes utiliza métodos de análisis estructural para identificar diseños candidatos. ^{[ 155 ]} Varios diseños pueden cumplir los requisitos. La metodología de ingeniería de valor se puede utilizar para seleccionar un diseño final entre múltiples alternativas. ^{[ 156 ]} Esta metodología evalúa los diseños candidatos en función de puntuaciones ponderadas asignadas a varios criterios diferentes, incluidos el costo, la vida útil, la durabilidad, la disponibilidad de recursos, la facilidad de construcción, el tiempo de construcción y el costo de mantenimiento . ^{[ 156 ]}  

Un requisito importante que se considera durante el proceso de diseño es la vida útil , que es un número específico de años que se espera que el puente permanezca en funcionamiento con mantenimiento rutinario (y sin requerir reparaciones mayores). ^{[ 157 ] [ m ]} Por ejemplo, las superestructuras de puentes de madera suelen tener una vida útil de 10 a 50 años. ^{[ 159 ] [ n ]} Los puentes de carretera de hormigón pueden tener vidas útiles de 75 a 150 años. ^{[ 158 ]} Una metodología de diseño de puentes incorpora la vida útil en el proceso de diseño. ^{[ 161 ]}

Uno de los requisitos que debe cumplir un puente nuevo es el cumplimiento de las especificaciones y códigos locales de diseño de puentes que , en algunos países , pueden ser requisitos legalmente vinculantes. ^{[ 162 ]} En muchos países, estas especificaciones son desarrolladas y publicadas por organizaciones de normalización que definen prácticas y diseños aceptables para la construcción de puentes. En Europa, la organización es el Comité Europeo de Normalización , y las normas que publica son los Eurocódigos . ^{[ 163 ]} En Estados Unidos, la Asociación Estadounidense de Funcionarios Estatales de Carreteras y Transporte (AASHTO) publica las Especificaciones de Diseño de Puentes AASHTO LRFD. ^{[ 164 ] [ o ]} La norma canadiense para puentes es el Código Canadiense de Diseño de Puentes de Carreteras, desarrollado por el Grupo CSA, una organización sin fines de lucro . ^{[ 166 ]} Las agencias que regulan la aviación o las vías navegables también pueden imponer normas que dicten algunos aspectos del diseño de un puente, como los requisitos para las luces de advertencia de aviación en la parte superior de las torres del puente, o las luces de advertencia de navegación en los soportes del puente ubicados en vías navegables . ^{[ 167 ]}  

La apariencia de un puente es uno de los factores considerados durante su diseño. ^{[ 169 ]} Los puentes atractivos pueden tener un impacto positivo en una comunidad, y algunos incluso pueden considerarse obras de arte. ^{[ 170 ]} Entre los diseñadores de puentes conocidos por enfatizar el atractivo visual de sus puentes se encuentran Thomas Telford , Gustave Eiffel , John Roebling , Robert Maillart y Santiago Calatrava . ^{[ 171 ]} Las cualidades que influyen en el atractivo percibido de un puente incluyen la proporción, el color, la textura, el orden, el refinamiento, la integración ambiental y la funcionalidad. ^{[ 172 ]}

El historiador de arte Dan Cruickshank señala que los puentes se consideran manifestaciones de la imaginación y la ambición humanas, y que muchos trascienden su función utilitaria original para convertirse en obras de arte. ^{[ 173 ]} Escribe: «Un gran puente tiene un impacto emocional, posee una cualidad sublime y una belleza heroica que conmueve incluso a quienes no están acostumbrados a que sus sentidos se exalten con las artes visuales». ^{[ 173 ]}

Un diseñador de puentes puede seleccionar entre una amplia variedad de materiales, incluyendo madera, ladrillo, cuerda, piedra, hierro, acero y hormigón. ^{[ 174 ] [ p ]} Un puente hecho de dos o más materiales distintos (por ejemplo, acero y hormigón) se conoce como puente compuesto. ^{[ 176 ]} Algunos de los puentes de arco más grandes son compuestos, porque están hechos de hormigón y acero. ^{[ 48 ]}

La madera es un recurso renovable económico con una alta relación resistencia-peso , pero rara vez se utiliza para puentes de carretera modernos porque es propensa a la degradación ambiental y es mucho más débil que el acero o el hormigón. ^{[ 177 ]} La madera se utiliza principalmente en puentes de vigas o celosía, incluidos los puentes cubiertos , y también se utiliza para construir grandes puentes de caballetes para ferrocarriles. ^{[ 178 ]} Cuando se utiliza madera, a menudo es en forma de madera laminada encolada . ^{[ 177 ]} La mampostería incluye piedra y ladrillo, y es adecuada solo para elementos de un puente que están bajo compresión (a diferencia de la tensión ), por lo tanto, la mampostería se limita a estructuras como arcos o cimientos. ^{[ 179 ]} En el siglo XX, los grandes puentes de mampostería , aunque reemplazados por el hormigón en Occidente , continuaron construyéndose en China. ^{[ 180 ]}  

El hierro —incluido el hierro fundido y el hierro forjado— se utilizó ampliamente desde finales del siglo XVIII hasta finales del siglo XIX, principalmente para estructuras de arcos y celosías. El hierro es relativamente frágil y ha sido reemplazado por el acero para todos los usos excepto los ornamentales. ^{[ 181 ]} El acero es uno de los materiales más comunes utilizados en los puentes modernos porque es resistente tanto a la compresión como a la tracción. ^{[ 182 ]} El acero se fabricaba en pequeñas cantidades en la antigüedad, pero se generalizó a finales del siglo XIX tras la invención de nuevos procesos de fundición . Los puentes de celosía y los puentes de vigas suelen estar hechos de acero, y los cables de acero son un componente esencial de prácticamente todos los puentes colgantes y atirantados. ^{[ 183 ]} El acero es un componente crítico en los puentes de hormigón, porque las barras de refuerzo de acero o los cables de acero pretensados ​​deben estar embebidos en el hormigón para que este sea suficientemente resistente. ^{[ 184 ]} Los puentes de acero son más caros que los puentes de hormigón comparables, pero son mucho más ligeros (para la misma resistencia), se construyen más rápido y ofrecen mayor flexibilidad durante la construcción y la reparación. ^{[ 185 ]}  

El hormigón se usa comúnmente en puentes modernos, y muchos puentes de carretera se construyen principalmente con una estructura de vigas de hormigón armado , a menudo del tipo de viga cajón . ^{[ 186 ] [ q ]} La forma de los elementos de hormigón está determinada por el encofrado ( molde ) en el que se vierte (funde) el hormigón: el hormigón adoptará la forma del encofrado a medida que fragua . ^{[ 188 ]} Las vigas pueden ser prefabricadas fuera de la obra y transportadas al sitio del puente, o fundidas in situ . ^{[ 189 ]} Los puentes utilizan hormigón que contiene barras de refuerzo de acero embebidas , colocadas dentro del hormigón cuando se vierte inicialmente , lo que aumenta considerablemente la resistencia. ^{[ 190 ]} El hormigón es un material fuerte y económico, pero es quebradizo y puede agrietarse cuando está sometido a tensión. ^{[ 191 ]} Si se utiliza hormigón en elementos que pueden experimentar tensión, generalmente se embeben cables pretensados ​​dentro del hormigón y se tensan, lo que comprime el hormigón. ^{[ 192 ]} Cuando se coloca una viga horizontal en el puente y soporta una carga, la tensión indeseable (producida por la tendencia de la viga a combarse) se contrarresta con la compresión de los cables pretensados. ^{[ 193 ]} Los cables pretensados ​​pueden ser pretensados ​​(estirados antes y durante el fraguado del hormigón) o postensados ​​(colocados dentro de tubos en el hormigón y tensados ​​después del fraguado). ^{[ 193 ]}    

Los diseñadores pueden optar por utilizar un diseño de doble nivel (también conocido como puente de doble cubierta o de dos pisos), que lleva dos pisos uno encima del otro. Esta técnica se puede utilizar para aumentar la cantidad de tráfico que puede soportar un puente; o cuando la ubicación limita el tamaño del puente. ^{[ 194 ]} Los puentes de doble nivel también permiten que dos tipos diferentes de tráfico se transporten de forma segura. Por ejemplo, los vehículos motorizados pueden estar separados de los peatones o las vías férreas. ^{[ 194 ]} Algunos puentes de doble nivel llevan vías férreas en un nivel y vehículos en el otro. Un ejemplo temprano fue el Puente Colgante de las Cataratas del Niágara , ^{[ 195 ]} y un ejemplo moderno es el Puente Dom Luís I en Portugal. ^{[ 196 ]} Debido a su capacidad para transportar grandes cantidades de vehículos motorizados, los puentes de dos niveles se encuentran a menudo cerca de grandes ciudades que transportan automóviles en ambos niveles, por ejemplo, el puente DuSable en Chicago, el puente Tsing Ma en Hong Kong, ^{[ 197 ]} el puente Øresund que conecta Copenhague y Malmö, ^{[ 198 ]} y el puente Shimotsui-Seto cerca de Kurashiki. ^{[ 199 ]} El puente George Washington en Nueva York tiene 14 carriles para vehículos motorizados (ocho arriba, seis abajo) y es el puente más transitado del mundo, con más de 100 millones de vehículos al año. ^{[ 200 ]}

El diseño de un puente debe soportar todas las cargas y fuerzas que razonablemente pueda experimentar. La totalidad de las fuerzas que el puente debe tolerar es la carga estructural , que a menudo se divide en tres componentes: carga muerta, carga viva y carga ambiental. La carga muerta es el peso del propio puente. ^{[ 202 ] [ r ]} La carga viva son todas las fuerzas y vibraciones causadas por el tráfico que pasa sobre el puente, incluyendo el peso, el frenado y la aceleración. ^{[ 202 ]} La carga ambiental abarca todas las fuerzas aplicadas por el entorno del puente, incluyendo el clima, terremotos, deslizamientos de tierra, corrientes de agua, inundaciones, hundimiento del suelo, levantamiento por heladas, fluctuaciones de temperatura y colisiones. ^{[ 202 ]}

Para eventos esporádicos como inundaciones, terremotos, colisiones y huracanes, los diseñadores de puentes seleccionan una severidad máxima que el diseño debe soportar. ^{[ 204 ]} La severidad se basa en el período de retorno , que es el tiempo promedio entre eventos de una magnitud determinada. Los períodos de retorno varían de 10 a 2500 años, dependiendo del tipo de evento y del país en el que se encuentra el puente. ^{[ 205 ] [ s ]} Se utilizan períodos de retorno más largos para puentes que son una parte crítica de la infraestructura de transporte. Por ejemplo, si el puente es una línea de vida clave en caso de emergencias, el diseñador puede utilizar un período de retorno relativamente largo, por ejemplo, 2000 años; en este ejemplo, el diseño debe soportar la tormenta más fuerte que se espera que ocurra una vez cada 2000 años. ^{[ 206 ]}

Vibration

Many loads imposed on a bridge –wind, earthquakes, and vehicular traffic –can cause a bridge to experience irregular or periodic forces, which may cause bridge components to vibrate or oscillate.^[214] Some bridge components have inherent resonant frequencies to which they are particularly susceptible, and vibrations near those frequencies can cause very large stresses.^[215]

Winds can produce a variety of vibrational forces on a bridge, including flutter, galloping, and vortex shedding.^[216] Considering wind forces during the design process is especially important for long, slender bridges (typically suspension or cable-stayed bridges).^[217] If resonance issues are identified in the design process, they must be mitigated. Common techniques to address vibration include increasing the rigidity of the bridge deck by adding trusses and adding dampers to cables and towers.^[218] Neglecting to account for vibrations and oscillations can lead to bridge failure. The Tacoma Narrows Bridge collapsed in 1940 in winds of 68 km/h (42 mph), even though the bridge was designed to withstand winds up to 206 km/h (128 mph). Investigations revealed that the designer failed to account for wind-induced flutter and resonant vibrations.^[219]

Bridges can suffer severe damage when subjected to earthquake ground motions.^[220] During a seismic event, several phenomena can occur, such as long-period velocity pulses, shear cracks, large ground motions, vertical accelerations, and soil liquefaction.^[221] To mitigate risks, earthquake engineers study seismic data to classify and quantify the motions experienced by bridges.^[222] These studies are used by governments to create and revise design standards that specify the types of seismic movements that new bridges must withstand.^[223]

La construcción de un puente suele estar a cargo de ingenieros de construcción , quienes son responsables de planificar y supervisar el proceso constructivo. Aspectos importantes de esta función incluyen la elaboración de presupuestos, la programación, la realización periódica de revisiones formales del diseño y la comunicación con los diseñadores del puente para interpretar y actualizar los planos de diseño . ^{[ 229 ] [ v ]} Cuando se reemplaza o rehabilita un puente existente, el impacto en el flujo de tráfico puede tener un efecto perjudicial para los residentes y los servicios. Los procesos acelerados de construcción de puentes , que se centran en el uso de componentes prefabricados y un cronograma rápido , pueden utilizarse para mitigar los impactos. ^{[ 231 ]}  

Las fuerzas que experimenta un puente durante su construcción pueden ser mayores o de naturaleza diferente a las que experimentará una vez finalizada su construcción. El proceso de diseño de puentes generalmente se centra en la resistencia del puente una vez terminado, pero también debe considerar las tensiones inusuales que experimentarán los elementos individuales durante la construcción. Es posible que se requieran técnicas especiales durante la construcción para evitar tensiones excesivas, como soportes temporales bajo el puente, arriostramiento o refuerzo temporal, o el refuerzo permanente de elementos específicos. ^{[ 232 ]} Por ejemplo, cuando un puente atirantado con torres de hormigón está terminado, las torres experimentarán fuerzas de compresión deseables debido a la gran carga de los cables; pero durante la construcción, sin esa carga, las torres pueden experimentar fuerzas de tensión indeseables causadas por vientos laterales. ^{[ 233 ]}

La construcción de todo tipo de puentes comienza con la creación de la subestructura. Los primeros elementos que se construyen suelen ser las zapatas y los estribos, que generalmente son grandes bloques de hormigón armado, total o parcialmente enterrados. Las zapatas y los estribos soportan todo el peso del puente y lo transfieren al subsuelo . ^{[ 234 ]} Según su relación altura-anchura, las zapatas se clasifican en: superficiales (la altura es menor que la anchura) o profundas (la altura es mayor que la anchura). ^{[ 235 ]} Si el subsuelo no puede soportar la carga colocada sobre las zapatas, primero se deben hincar pilotes debajo de estas: los pilotes son estructuras largas —hechas de madera, acero u hormigón— colocadas verticalmente debajo de las zapatas. ^{[ 236 ]} Algunos pilotes llegan hasta la roca madre y descansan sobre ella ; otros dependen de la fricción para evitar que la zapata se hunda. ^{[ 236 ]}  

Los estribos suelen ubicarse en los extremos del tablero de un puente, donde este se une al subsuelo. ^{[ 237 ]} Dirigen el peso hacia el subsuelo, ya sea vertical o diagonalmente. ^{[ 89 ]} Los estribos también pueden actuar como muros de contención, evitando la erosión del subsuelo bajo la vía de acceso. ^{[ 237 ]} Después de crear las zapatas para los pilares , se construyen los pilares y los capiteles para completar la subestructura. ^{[ 238 ] [ w ]} Los puentes colgantes generalmente requieren anclajes, que son grandes bloques de hormigón armado sólidamente anclados en la tierra ; deben ser excepcionalmente pesados ​​y estar atados al subsuelo porque deben soportar la tracción lateral de los grandes cables que sostienen todo el tablero y la carga viva. ^{[ 240 ] [ x ]} 

Construcción de soportes en el agua

Cuando se construyen soportes de puentes (pilares o torres) en un río, lago u océano, se deben utilizar tecnologías especiales. ^{[ 243 ]} Los cajones se pueden utilizar para proporcionar un espacio de trabajo mientras se construye la parte sumergida de los soportes. Un cajón es una estructura hueca, grande y estanca, abierta en la parte inferior. Generalmente se hunde hasta el fondo del agua y los trabajadores pueden trabajar en su interior, preparando el terreno para los cimientos. Cuando se completa la excavación, un cajón se suele llenar con hormigón para crear la totalidad o parte del cimiento. ^{[ 244 ]} La presión de aire dentro de un cajón sellado debe mantenerse alta para evitar que se filtre el agua. ^{[ 245 ]} Los trabajadores, si no se descomprimen adecuadamente al salir del cajón, pueden sufrir la enfermedad por descompresión . ^{[ 246 ]} Los primeros constructores de puentes no comprendían la descompresión y las muertes eran comunes: trece trabajadores murieron por la enfermedad por descompresión durante la construcción del puente Eads (terminado en 1874). ^{[ 246 ]}

Otro método para construir cimientos en el agua es el cajón cajón , que consiste en una gran caja de acero u hormigón, abierta por arriba, que es remolcada por remolcadores hasta el lugar del puente, donde se hunde hasta el fondo y se rellena con hormigón. ^{[ 247 ]} El puente colgante Akashi Kaikyo utilizó cajones cajón para sus dos cimientos , cada uno de 70 metros (230 pies) de altura y 80 metros (260 pies) de diámetro. Los cajones se hundieron hasta el fondo en agua de 60 metros (200 pies) de profundidad y cada uno se rellenó con 355 000 metros cúbicos de hormigón. Los cimientos descansan directamente sobre el fondo marino, sin pilotes ni zapatas. ^{[ 247 ]} Una alternativa al cajón es la ataguía , que es una presa temporal que rodea el lugar de apoyo, abierta por arriba, donde los trabajadores pueden trabajar mientras construyen las zapatas. ^{[ 248 ]}    

Aspectos

Bearings are often placed between the superstructure and the substructure at the points of contact. Bearings are mechanical devices that enable small movements –which may result from thermal expansion and contraction, material creep, or minor seismic events. Without bearings, the bridge structure may be damaged when such movements occur. Bearings can be selected to permit small rotational or slipping movements in a specific direction, without permitting movements in other directions. Types of bearings used on bridges include hinge bearings, roller bearings, rocker bearings, sliding bearings, spring bearings, and elastomeric bearings.^[250]

After the substructure is complete, the superstructure is built, resting on the substructure. Beam bridge superstructures may be built in place, or fabricated off-site (precast) and transported to the bridge site.^[251] Precast beams may be placed atop the supports by a crane or gantry.^[252] If the span crosses a deep ravine, a technique known as launching may be used: the beams and deck are assembled on the approach road, then pushed horizontally across the obstacle.^[253][y]

Arch bridge superstructure construction methods depend on the material. Concrete or stone arches use a temporary wood structure known as falsework or centering to support the arch while it is built.^[255] Some steel arch bridges are constructed with falsework, but others use cantilevering to build both halves out from the abutments.^[256]

Las superestructuras de puentes en voladizo generalmente se construyen de forma incremental, avanzando hacia afuera desde anclajes o pilares. La mayoría de las superestructuras en voladizo se pueden construir sin pilares de soporte temporales, ya que el puente se sostiene por sí mismo a medida que se extiende. Se utiliza un proceso similar para voladizos de acero u hormigón: las secciones prefabricadas se pueden colocar a nivel del suelo (o del agua) y elevarse hasta su lugar con un pórtico, o se pueden transportar horizontalmente a lo largo de la parte del voladizo previamente completada. Los voladizos de hormigón requieren que los cables de pretensado de acero se pasen a través de tubos dentro de cada sección y se aprieten, lo que comprimirá el hormigón. ^{[ 257 ]} Los puentes de celosía se construyen utilizando una variedad de métodos, incluyendo pieza por pieza, voladizo o andamiaje. ^{[ 258 ]}

Las superestructuras de puentes atirantados comienzan con la construcción de una o más torres que descansan directamente sobre zapatas que forman parte de la subestructura. El tablero se construye por secciones, comenzando en las torres ^{[ h ]} y avanzando hacia afuera. Las secciones se pueden colocar mediante izamiento, apoyo desde abajo, lanzamiento o voladizo desde la parte del tablero que ya se ha ensamblado. ^{[ 259 ]} A medida que se agrega cada sección del tablero, se conecta a las torres con cables de acero, y estos se tensan para soportar la carga del tablero. ^{[ 259 ]}

La construcción de la superestructura de un puente colgante generalmente comienza con las torres. ^{[ 260 ] [ h ]} Las torres pueden ser de acero o de hormigón y descansan directamente sobre zapatas. Los grandes cables se crean tirando de una polea grande de un lado a otro a lo largo del tramo, tendiendo varios alambres entre los anclajes en cada pasada, en un proceso denominado hilado . Después de hilar los alambres, se agrupan para formar los cables. ^{[ z ]} Los cables se fijan firmemente a los anclajes en ambos extremos. ^{[ aa ]} Se suspenden de los cables alambres verticales llamados tirantes , luego se fijan pequeñas secciones del tablero a los tirantes y las secciones se unen entre sí. ^{[ 263 ]}

Torres

Las torres, construidas de hormigón o acero, son un componente importante de la superestructura de los puentes atirantados y colgantes. ^{[ ab ]} El hormigón suele ser adecuado para torres de hasta unos 250 metros (820 pies) de altura, mientras que las torres de acero pueden ser más altas. ^{[ 265 ] [ ac ]} Las torres soportan los cables del puente, que sostienen el peso del tablero y del tráfico. La mayor parte de la carga impuesta a una torre se aplica verticalmente hacia abajo, en lugar de lateralmente. ^{[ 267 ]} Las torres experimentan una tensión de compresión, a diferencia de los cables, que experimentan una tensión de tracción. ^{[ 104 ]} Existen dos mecanismos para fijar un cable a una torre: las sillines o los anclajes. Las sillines son estructuras curvas que permiten que un cable pase a través (o por encima) de una torre. Un anclaje sujeta el extremo de un cable. Las sillines se utilizan a menudo en puentes colgantes, y los anclajes en puentes atirantados. ^{[ 268 ]} 

Cables

Los cables de acero son un elemento tanto de los puentes atirantados como de los puentes colgantes. Los cables están hechos de uno o más cordones, y cada cordón consta de múltiples alambres. Un alambre es una pieza delgada y flexible de acero sólido, con mayor resistencia a la tracción que el acero normal y con un diámetro de 3 mm a 7 mm. ^{[ 270 ] [ ad ]} Los cables se construyen típicamente en el sitio del puente desenrollando alambres o cordones de grandes carretes . ^{[ 272 ]} Los grandes puentes colgantes pueden usar cables que tienen más de 1 metro (3 pies 3 pulgadas) de diámetro y pesan más de 20 000 toneladas (44 092 450 libras) . ^{[ 273 ]}   

Antes de construir los cables de un puente colgante, se deben construir pasarelas temporales para sostener los cables mientras se extienden a lo largo del tramo y sobre las torres. ^{[ 274 ]} Hay dos métodos para extender los cables a lo largo del tramo: el método de hilado neumático (en el que los cables individuales se transportan mediante poleas); y el método de cable prefabricado (en el que se extienden cables completos). ^{[ 275 ] [ ae ]}

El método de hilado neumático se utilizó para todos los puentes colgantes hasta que se inventó el método de cable prefabricado en la década de 1960. ^{[ 276 ]} Después de tirar de 300 a 500 alambres, se utilizan bandas de aluminio para agruparlos en cables. ^{[ 277 ] [ af ]} Los alambres dentro de un cable pueden ser paralelos o pueden enrollarse entre sí en un patrón retorcido (espiral). ^{[ 279 ]} El hilado neumático siempre produce cables que contienen alambres paralelos. El método de cable prefabricado puede utilizar cables con alambres paralelos o retorcidos. ^{[ 279 ] [ ag ]}

Cubierta

El tablero de un puente es la superficie plana y horizontal que se extiende a lo largo de toda la longitud del puente. Los tableros generalmente descansan sobre vigas o vigas cajón. Cuando un tablero está rígidamente unido a sus vigas o vigas de soporte, funcionan juntos como una sola estructura. ^{[ 281 ]} Dos tipos comunes de tableros son los tableros de hormigón y los tableros de acero ortotrópicos . ^{[ 282 ] [ ah ]} Los tableros de hormigón son losas planas de hormigón armado. Las losas pueden ser prefabricadas fuera de la obra o fundidas in situ vertiendo hormigón en moldes sobre la superestructura del puente. ^{[ 285 ] [ ai ]} Los tableros de acero ortotrópicos consisten en una placa de acero plana, recubierta con una superficie de desgaste . ^{[ 287 ]} Numerosas nervaduras pequeñas de acero están soldadas a la parte inferior de la placa superior, en la dirección de la calzada del puente. ^{[ aj ]} Debajo de las nervaduras hay vigas de piso de acero, colocadas transversalmente a las nervaduras. ^{[ 289 ] [ ak ]} Las losas de acero ortotrópico son más caras que las losas de acero con hormigón, pero pesan menos. Son útiles en aplicaciones donde el peso es crítico, se requiere una losa delgada o el entorno está sujeto a terremotos o clima extremadamente frío. ^{[ 290 ]}

Muchas plataformas tienen una superficie de desgaste en la parte superior, que es una capa de material diseñada para ser reemplazada periódicamente después de que se desgasta por el tráfico vehicular. Las superficies de desgaste suelen estar hechas de agregados (piedras pequeñas) mezclados con un aglutinante como asfalto, poliuretano, resinas epoxi o poliéster. ^{[ 291 ] [ al ]} Las plataformas de puentes ferroviarios se clasifican en plataformas abiertas (las traviesas descansan directamente sobre vigas o viguetas, con espacios de aire entre ellas) y plataformas de balasto (las traviesas descansan sobre rocas de balasto, y el balasto descansa sobre una losa de plataforma). ^{[ 293 ]}

La construcción del tablero (y sus vigas o pilares de soporte) puede resultar difícil cuando el puente se encuentra sobre agua o un valle profundo. Existen diversas técnicas disponibles, y la elección depende de la topografía del terreno, el material del tablero (hormigón o acero), el tráfico o los obstáculos que se encuentren bajo el puente, y si las secciones pueden construirse fuera del sitio y transportarse hasta el puente. Los métodos de construcción del tablero incluyen la construcción sobre soportes temporales , el izado desde el suelo, el lanzamiento incremental (construir todo el tablero en la vía de acceso y empujarlo horizontalmente), el izado desde abajo con un polipasto montado en el puente, el voladizo (extender el tablero incrementalmente, comenzando desde torres o estribos) y el izado con una grúa flotante . ^{[ 294 ]}

Para lograr la vida útil prevista, un puente debe protegerse del deterioro incorporando ciertas características en el diseño. Los puentes pueden deteriorarse debido a diversas causas, como la oxidación, la corrosión, las acciones químicas y la abrasión mecánica. El deterioro a veces es visible como oxidación en los componentes de acero o grietas y desconchamiento en el hormigón. ^{[ 295 ]} El deterioro puede ralentizarse con diversas medidas, principalmente dirigidas a excluir el agua y el oxígeno de los elementos del puente. ^{[ 296 ]} Las técnicas para prevenir daños basados ​​en el agua incluyen sistemas de drenaje, membranas impermeabilizantes (como películas de polímero) y la eliminación de juntas de expansión . ^{[ 297 ] [ am ]} Los elementos de hormigón del puente pueden protegerse con sellos y revestimientos impermeables. ^{[ 299 ] [ an ]} El acero de refuerzo dentro del hormigón puede protegerse utilizando hormigón de alta calidad y aumentando el espesor del hormigón que rodea el acero. ^{[ 301 ]} Los elementos de acero de un puente pueden protegerse con pinturas o mediante galvanizado con zinc. ^{[ 302 ]} Se puede evitar por completo la pintura en los elementos de acero utilizando acero inoxidable o acero resistente a la intemperie (una aleación de acero que elimina la necesidad de pintura, al formar una capa exterior protectora de óxido). ^{[ 303 ]}

La erosión de puentes es un problema potencialmente grave cuando los cimientos de los puentes se encuentran en el agua. Las corrientes en el agua pueden hacer que la arena y las rocas alrededor y debajo de los cimientos se laven con el tiempo. Este efecto se puede mitigar colocando una ataguía alrededor de los cimientos o rodeándolos con rocas grandes y cuidadosamente colocadas . ^{[ 304 ] [ ao ]} Los puentes colgantes y los puentes atirantados tienen cables grandes que contienen cientos de alambres de acero. Se utilizan varias técnicas para minimizar la corrosión dentro de los cables, incluyendo envolver los cables con alambre galvanizado, inyectar los cables con lechada o epoxi, usar alambres entrelazados de perfil S y hacer circular aire seco a través del interior del cable. ^{[ 306 ]} Los puentes con soportes en vías navegables están diseñados para soportar impactos de barcos hasta una magnitud específica y predefinida. Además de las marcas de la vía navegable y los sistemas de advertencia para prácticos, los soportes de los puentes en el agua pueden estar rodeados de protecciones físicas como defensas , pilotes o pequeñas islas artificiales. ^{[ 307 ]}

Una vez que un puente se completa y entra en funcionamiento, se emplean procesos de gestión para asegurar que permanezca abierto al tráfico, evite incidentes de seguridad y alcance su vida útil prevista. Estos procesos , denominados colectivamente gestión de puentes , incluyen actividades técnicas , a saber, mantenimiento, inspección, monitoreo y pruebas. ^{[ 308 ]} Además de las tareas técnicas, la gestión abarca la planificación, la presupuestación y la priorización de las actividades de mantenimiento. ^{[ 308 ]} Los gestores de puentes utilizan sistemas de gestión de puentes y metodologías de análisis de costos del ciclo de vida para gestionar un puente y estimar los costos de mantenimiento de un puente a lo largo de su vida útil. ^{[ 309 ]} Los costos anuales de mantenimiento aumentan a medida que el puente envejece y se degrada. ^{[ 310 ]}   

Un equipo de trabajadores está utilizando una plataforma móvil de mantenimiento (la estructura de jaula móvil) para inspeccionar el puente colgante de Clifton .

Las actividades de mantenimiento buscan prolongar la vida útil del puente, reducir los costos del ciclo de vida y garantizar la seguridad de la comunidad. ^{[ 311 ]} Las tareas de mantenimiento se pueden clasificar en tareas correctivas y tareas preventivas. ^{[ 312 ]} Las tareas correctivas se implementan en respuesta a problemas inesperados que surgen, por ejemplo, reparar elementos estructurales (pilares, vigas, viguetas, torres o cables) y reemplazar apoyos. ^{[ 313 ]}

Las tareas preventivas incluyen lavado, pintura, lubricación de cojinetes, sellado de la plataforma, relleno de grietas, remoción de nieve, relleno de baches y reparación de problemas menores con estructuras y accesorios eléctricos. ^{[ 314 ]} Algunas tareas preventivas se realizan periódicamente. Un ejemplo de programa para tareas de mantenimiento periódico de puentes es: lavado de toda la estructura (1–2 años); sellado de la superficie de la plataforma (4–6 años); lubricación de cojinetes (4 años); pintura de componentes de acero del puente (12–15 años); reemplazo de la superficie de desgaste de la plataforma (12 años); sellado de aceras (5 años); relleno de grietas (4 años); y limpieza de desagües (2 años). ^{[ 315 ]}

Una parte importante del mantenimiento consiste en inspeccionar un puente para detectar daños o deterioro y tomar medidas para mitigar cualquier problema detectado. El deterioro puede deberse a factores ambientales, como la expansión/contracción por ciclos de congelación/descongelación, la lluvia, la oxidación del acero y la bruma marina. Las actividades humanas también pueden causar daños, por ejemplo: el tráfico vehicular, la abrasión mecánica, un diseño deficiente del puente y procedimientos de reparación inadecuados. ^{[ 317 ]} Algunos países exigen programas de inspección periódicos, por ejemplo, inspecciones rutinarias cada 24 meses o la inspección de cimientos subacuáticos para detectar erosión cada 60 meses. ^{[ 318 ]}

Confiar únicamente en la inspección visual para evaluar la degradación de un puente puede ser poco confiable, por lo que los inspectores utilizan una variedad de técnicas de ensayo no destructivas . ^{[ 319 ]} Estas técnicas incluyen pruebas de impacto de martillo , pruebas de velocidad de pulso ultrasónico , tomografía sísmica y radar de penetración terrestre . ^{[ 320 ]} Varias pruebas eléctricas que evalúan la permeabilidad y la resistencia pueden brindar información sobre el estado del hormigón superficial. ^{[ 321 ]} Se pueden hacer pasar rayos X a través del hormigón para obtener datos sobre la densidad y el estado del hormigón. ^{[ 322 ]} Se puede utilizar videografía con sondas delgadas cuando el acceso está disponible. ^{[ 323 ]} Las mediciones del estado de un puente se pueden hacer de forma automática y periódica utilizando tecnologías de monitoreo de salud estructural (SHM). ^{[ 324 ]} Algunas pruebas , denominadas pruebas destructivas , requieren extraer muestras del puente y llevarlas a un laboratorio para su análisis con microscopios, dispositivos sónicos o difracción de rayos X. ^{[ 325 ]} Las pruebas destructivas se realizan extrayendo núcleos perforados del hormigón o un pequeño trozo de alambre de acero cortado de un cable. ^{[ 325 ]}  

La financiación para la construcción y operación de puentes proviene de diversas fuentes, incluyendo impuestos sobre el combustible , tasas anuales de matriculación de vehículos , peajes , tasas por congestión y tarifas de uso basadas en el seguimiento por satélite. ^{[ 326 ]} Algunos puentes , especialmente en países en desarrollo , son financiados por fuentes internacionales como el Banco Mundial o la Iniciativa de la Franja y la Ruta de China . ^{[ 327 ]} Los sistemas de peaje son generalmente un mecanismo ineficiente para recaudar fondos, sobre todo cuando se utilizan cabinas de peaje , debido a su elevado coste de construcción y gestión. Las cabinas de peaje pueden ralentizar el tráfico e interferir con la construcción de puntos de entrada o salida. ^{[ 328 ]}  

El costo de construcción de un puente suele ser sufragado por agencias gubernamentales, pero desde 1990 un número creciente de puentes son construidos y financiados por empresas privadas mediante un acuerdo de asociación público-privada (APP). En un proyecto APP, el gobierno otorga el derecho a construir el puente a una empresa, y esta recupera sus gastos mediante el cobro de peajes durante un período fijo. ^{[ 329 ] [ ap ]} Al finalizar dicho período, el puente pasa a ser propiedad del gobierno, que puede optar por continuar cobrando peajes o no. Entre los puentes notables construidos con un modelo APP se encuentran el Puente Reina Isabel II (construido en 1991, con un período de cobro de peaje de 20 años) y el Segundo Puente de Severn (construido en 1996, con un período de cobro de peaje de 30 años). ^{[ 330 ]}

Los fallos de puentes son de especial importancia para los ingenieros estructurales , ya que los análisis de estos fallos proporcionan lecciones aprendidas que sirven para mejorar los procesos de diseño y construcción. ^{[ 332 ]} Los fallos de puentes tienen diversas causas, que pueden clasificarse como factores naturales (inundaciones, erosión, terremotos, deslizamientos de tierra y viento) y factores humanos (diseño y método de construcción inadecuados, colisiones, sobrecargas, incendios, corrosión y falta de inspección y mantenimiento). ^{[ 333 ]} Con el tiempo, los fallos de puentes han dado lugar a mejoras significativas en las prácticas de diseño, construcción y mantenimiento de puentes. ^{[ 334 ]} Antes de la llegada de los procedimientos de ingeniería de puentes basados ​​en principios científicos rigurosos, los puentes fallaban con frecuencia. Los fallos eran más comunes a mediados del siglo XIX, cuando las redes ferroviarias en rápida expansión construían cientos de puentes nuevos cada año en todo el mundo. ^{[ 335 ]} En Estados Unidos, fallaban 40 puentes al año en la década de 1870, lo que representaba el 25 % de todos los puentes construidos en esa década. ^{[ 336 ]}

En la era moderna, a pesar de los avances en las metodologías de ingeniería de puentes, los fallos en los puentes siguen ocurriendo con regularidad. ^{[ 337 ]} En Australia, el puente King Street se derrumbó en 1962, un año después de su inauguración, debido a técnicas de soldadura inadecuadas. ^{[ 338 ]} En Palaos, el puente Koror-Babeldaob se derrumbó en 1996, tres meses después de una operación de reparación que introdujo cambios importantes en el puente. ^{[ 339 ]} En 1998, el puente Turag-Bhakurta en Bangladesh se derrumbó debido a que las aguas del río erosionaron el suelo alrededor de los soportes del puente. ^{[ 340 ]} El puente Millennium en Londres se inauguró en 2000, pero cerró dos días después debido a un balanceo excesivo. No se abrió hasta dos años después , tras la instalación de amortiguadores. ^{[ 341 ]} Aproximadamente la mitad de todos los fallos de puentes a principios del siglo XXI en EE. UU. se debieron a daños por inundaciones o erosión (corrientes de agua que socavaron los soportes del puente). ^{[ 342 ]} 

Muchos puentes —conocidos como puentes emblemáticos— se identifican fuertemente con una comunidad en particular. ^{[ 344 ] [ aq ]} Los grandes puentes colgantes, en particular, suelen considerarse hitos icónicos que simbolizan las ciudades en las que se ubican. Ejemplos notables incluyen el Puente de Brooklyn en Nueva York; el Puente Golden Gate en San Francisco; el Puente Colgante de Clifton en Bristol; y el Puente de Cadenas Széchenyi en Budapest. ^{[ 345 ] [ ar ]} Algunos puentes visualmente impresionantes, como el Puente Dagu en China, se diseñan con el objetivo expreso de crear un hito para la ciudad anfitriona. ^{[ 347 ]} Dan Cruickshank señala que algunos puentes tienen la capacidad de «transformar un lugar, una comunidad y... pueden dejar su huella en el paisaje y en la mente de las personas, capturar la imaginación, generar orgullo y sentido de identidad y definir un tiempo y un lugar». ^{[ 173 ]}  

Los puentes pueden tener impactos significativos , tanto positivos como negativos , en el medio ambiente, la sociedad y la economía de una comunidad. Durante el proceso de diseño del puente, estos efectos pueden modelarse mediante la evaluación de la sostenibilidad del ciclo de vida o el modelado de información de construcción (BIM) , y los resultados pueden utilizarse para ajustar el diseño del puente y mejorar su impacto en el medio ambiente, la sociedad y la economía. ^{[ 348 ]}  

Los efectos positivos de un nuevo puente pueden incluir tiempos de transporte más cortos, oportunidades de empleo, mejoras en la equidad social, mayor productividad y aumentos en el producto interno bruto (PIB). ^{[ 348 ]} La construcción de un nuevo puente puede aumentar los salarios en la región circundante, pero también puede aumentar la inequidad de ingresos entre géneros (los hombres ven mayores ganancias salariales que las mujeres) y entre niveles educativos (las personas con mayor nivel educativo ven mayores ganancias que las personas con menor nivel educativo). ^{[ 349 ]} En lugares donde las inundaciones son comunes, los puentes pueden aumentar los ingresos generales al proporcionar cruces confiables sobre los ríos. ^{[ 350 ]} En regiones subdesarrolladas con topografía montañosa, la construcción de puentes que cruzan valles profundos puede traer grandes beneficios a las comunidades que conectan. Sin puentes, dichas áreas a menudo tienen una región central más próspera, rodeada de regiones periféricas menos desarrolladas. La construcción de puentes sobre valles profundos puede reducir las disparidades de desarrollo entre áreas, así como generar desarrollo económico y mejorar el acceso a bienes y servicios. ^{[ 351 ]}

El calentamiento global puede verse exacerbado por la creación de un nuevo puente, ya que la producción de hormigón contribuye significativamente al efecto invernadero . ^{[ 352 ] [ as ]} Aunque los puentes pueden impulsar la economía de la región circundante, también aumentan proporcionalmente la contaminación ambiental. ^{[ 352 ]} La corrupción endémica en la industria de la construcción (incluida la construcción de puentes) puede producir consecuencias sociales y económicas negativas. ^{[ 353 ]} Los puentes que transportan autopistas pueden provocar un aumento de las colisiones vehiculares, que tienen costos económicos (atención médica y pérdida de productividad) que promedian más de 14.000 € cada uno. ^{[ 354 ]}

En ocasiones, los suicidios se llevan a cabo saltando desde puentes . Este método puede representar entre el 20 % y el 70 % de los suicidios en áreas urbanas con acceso a puentes altos. ^{[ en ]} En algunas regiones, el suicidio por salto afecta desproporcionadamente a los adultos jóvenes, quienes tienden a tener un menor control inhibitorio . Ciertos puentes pueden adquirir notoriedad y atraer a personas que experimentan una crisis suicida , lo que crea un círculo vicioso . Los puentes de alto riesgo suelen tener barreras de prevención del suicidio instaladas, ^{[ au ]} que disminuyen drásticamente la tasa de suicidios en el puente. ^{[ av ]} La instalación de barreras en un puente de alto riesgo generalmente reduce la tasa de suicidios por salto en una región, aunque en algunos casos, otros puentes se convierten en sustitutos. ^{[ 355 ]}

La profesión de ingeniería civil —que incluye la disciplina de la construcción de puentes— comenzó a formalizarse en el siglo XVIII con la creación de una escuela de ingeniería en Francia, dentro del Corps des Ponts et Chaussées de la École de Paris , bajo la dirección de Jacques Gabriel . ^{[ 356 ]} En 1747 se fundó la primera escuela dedicada a la construcción de puentes: la École Nationale des Ponts et Chaussées, dirigida por los ingenieros franceses Daniel-Charles Trudaine y Jean-Rodolphe Perronet . ^{[ 356 ]} La primera organización profesional centrada en la ingeniería civil fue la Institution of Civil Engineers, fundada en 1818 en el Reino Unido, inicialmente dirigida por Thomas Telford . ^{[ 357 ]}  

En la era moderna, la ingeniería de puentes está regulada por organizaciones nacionales, como el Consejo Nacional de Examinadores de Ingeniería y Topografía (EE. UU.), el Consejo Canadiense de Ingenieros Profesionales (Canadá) y el Consejo de Ingeniería (Reino Unido). ^{[ 358 ]} En muchos países, los ingenieros de puentes deben tener licencia o cumplir con requisitos educativos mínimos. ^{[ 359 ]} Algunos países exigen que los ingenieros aprueben exámenes de cualificación; por ejemplo, en EE. UU. los ingenieros deben aprobar el examen de Fundamentos de Ingeniería seguido del examen de Principios y Práctica de Ingeniería . ^{[ 360 ]} En Polonia, los ingenieros de puentes deben obtener la certificación acumulando varios años de experiencia bajo la supervisión de un ingeniero superior y aprobando un examen administrado por la Cámara Polaca de Ingenieros Civiles . ^{[ 361 ]} La cooperación internacional en el campo de la ingeniería es facilitada por la Federación Mundial de Organizaciones de Ingeniería . ^{[ 362 ]}

En la mitología nórdica , el puente arcoíris de Bifröst conecta la Tierra con Asgard . ^{[ 363 ]}

Los puentes aparecen con frecuencia en el arte, las leyendas y la literatura, a menudo empleados como metáforas o símbolos de logros humanos, longevidad o experiencia. ^{[ 364 ]} En la mitología nórdica , el hogar de los dioses , Asgard , está conectado a la tierra por Bifröst , un puente arcoíris. ^{[ 363 ]} Muchos puentes en Europa se llaman Puente del Diablo , y en algunos casos tienen historias folclóricas que explican por qué el puente está asociado con el diablo. ^{[ 365 ]} La leyenda cristiana cuenta que San Benézet levantó una enorme roca para comenzar la construcción del puente Pont Saint-Bénézet , y luego fundó la apócrifa Hermandad de los Constructores de Puentes . ^{[ 366 ]} Los puentes aparecen prominentemente en las pinturas , a menudo en el fondo , como en la Mona Lisa . ^{[ 367 ]}    

En la era moderna, los puentes siguen ocupando un lugar destacado en la cultura. Los puentes suelen ser el escenario de desfiles, celebraciones y procesiones. ^{[ 368 ]} Los autores han utilizado puentes como elemento central de novelas, en particular El puente sobre el Drina de Ivo Andrić y El puente de San Luis Rey de Thornton Wilder . ^{[ 369 ]} El poeta británico Philip Larkin , inspirado por la construcción del puente Humber cerca de su casa, escribió "Puente para los vivos" en 1981. ^{[ 370 ]} Las naciones vecinas han optado por designar algunos puentes compartidos como puentes de la amistad o puentes de la paz . ^{[ 371 ] [ aw ]} En 1996, la Comisión Europea organizó un concurso para seleccionar el arte de los billetes de euro . Robert Kalina , un diseñador austriaco, ganó con un conjunto de ilustraciones de puentes, elegidos porque simbolizan los vínculos entre los estados de la unión y los caminos hacia el futuro. ^{[ 372 ]}