Puente de arco articulado

Bisagra de punto de apoyo (izquierda) y bisagra de corona (derecha) en un puente de arco de tres bisagras en Namur, Bélgica.

Un puente de arco articulado es aquel que incorpora bisagras en su estructura para permitir el movimiento. En ingeniería estructural, una bisagra es esencialmente un "corte en la estructura" que puede soportar fuerzas de compresión. En un arco de acero , la bisagra permite la rotación libre, ^{[ 2 ]} asemejándose en cierto modo a una bisagra común . Las variedades más comunes de puentes de arco articulados son el puente de dos bisagras con bisagras en los puntos de apoyo y el puente de tres bisagras con una bisagra adicional en la clave del arco; aunque existen versiones de una sola bisagra con una bisagra solo en la clave del arco. Las bisagras en el punto de apoyo impiden que los momentos flectores se transfieran a los estribos del puente. Un puente de tres bisagras es estáticamente determinado , mientras que las otras versiones no lo son.

Un puente de arco fijo , es decir, uno sin articulaciones, ejerce un momento flector en los estribos y las tensiones causadas por los cambios de temperatura o la retracción del hormigón deben ser absorbidas por el arco. Un arco de dos articulaciones tiene una articulación en la base de cada arco (el punto de arranque), mientras que un arco de tres articulaciones tiene una tercera articulación en la clave del arco . ^{[ 3 ]} La ventaja de los arcos fijos radica en sus menores costos de construcción y mantenimiento. ^{[ 2 ]}

En un puente de arco de dos articulaciones, no se transfieren momentos flectores a los estribos debido a la presencia de la articulación. Un cambio en la posición relativa de los estribos puede provocar un cambio en la carga de empuje ejercida por el arco sobre ellos. La adición de una tercera articulación en la clave, que permite la rotación de los elementos del arco, significa que las fuerzas de empuje y cortante ejercidas sobre los estribos no se ven afectadas por pequeños movimientos en ninguno de ellos. Por lo tanto, los puentes de arco de tres articulaciones se utilizan cuando existe la posibilidad de asentamiento desigual de los estribos. ^{[ 3 ]} También se construyeron puentes de arco de una sola articulación, con una articulación solo en la clave, aunque en cantidades relativamente pequeñas en comparación con los otros tipos. ^{[ 4 ]}

Un puente de tres articulaciones es isostático, es decir, es estáticamente determinado ; un puente de dos articulaciones es estáticamente indeterminado en un grado de libertad , mientras que un puente de arco fijo es indeterminado en tres grados de libertad. ^{[ 5 ] [ 6 ]} Los arcos de tres articulaciones estáticamente determinados fueron populares hasta la Segunda Guerra Mundial . Después de la guerra, los avances en los métodos de cálculo permitieron el uso generalizado de esquemas estáticamente indeterminados. A finales del siglo XX, los arcos de tres articulaciones volvieron a resurgir asociados con el uso de madera de ingeniería (" glulam ") en la construcción de puentes: ^{[ 7 ]} la construcción de glulam tiene que ser prefabricada, el uso del diseño de tres articulaciones divide naturalmente el arco en dos mitades que son más fáciles de transportar. ^{[ 8 ]}

Mientras que en los arcos de acero las bisagras suelen permitir la libre rotación de las partes conectadas, en los puentes de hormigón armado la implementación típica de una bisagra implica el adelgazamiento de la estructura de hormigón y la adición de más refuerzo localmente. ^{[ 2 ]}

Los primeros puentes de arco eran de arco fijo. El puente de dos articulaciones fue desarrollado por los ingenieros Couche y Salle en 1858 para un puente de hierro forjado que transportaba la línea ferroviaria París-Creil sobre el Canal Saint-Denis . Intentaron introducir una tercera articulación en la clave, pero no lo lograron debido a que el grosor del arco era insuficiente. ^{[ 9 ]} El primer puente de tres articulaciones fue el Puente Unterspree en Berlín ( Johann Wilhelm Schwedler , 1863), construido dos años después del trabajo teórico pionero de Claus Koepcke . ^{[ 2 ]} El Puente Hradecky (1866) es probablemente el puente de tres articulaciones más antiguo que aún se utiliza. ^{[ 10 ]}

Los puentes articulados eran populares entre las compañías ferroviarias, que a menudo necesitaban construir grandes puentes. El puente de arco de Bellows Falls en Nueva Inglaterra, construido en 1905, es un ejemplo particularmente grande de un puente de arco de tres articulaciones. Con 160 m (540 pies) de longitud, era el más largo de Estados Unidos cuando se construyó. ^{[ 4 ]} El puente de Hennepin Avenue de 1888 en Minneapolis era inusual porque era un puente de dos y tres articulaciones. El puente se dividió longitudinalmente y las dos mitades fueron construidas por diferentes compañías. Las costillas del arco norte son de tres articulaciones, mientras que las del arco sur son de dos articulaciones. ^{[ 11 ]} Los puentes de arco de tres articulaciones siguen siendo populares en la ingeniería civil moderna. ^{[ 12 ]} 

• Slivnik, L. (27 de junio de 2013). «Estructuras de tres articulaciones en perspectiva histórica» . Estructuras y arquitectura . CRC Press . pp. 1088–1095 . doi : 10.1201/b15267-153 . ISBN  978-0-429-15935-0.