Puente colgante

Un puente colgante es un tipo de puente en el que el tablero está suspendido por cables de suspensión mediante tirantes verticales. ^{[ 6 ]} Los primeros ejemplos modernos de este tipo de puente se construyeron a principios del siglo XIX. ^{[ 7 ] [ 8 ]} Los puentes colgantes simples , que carecen de tirantes verticales, tienen una larga historia en muchas regiones montañosas del mundo.

Además del tipo de puente más comúnmente conocido como puente colgante, que se describe en este artículo, existen otros tipos . El tipo que aquí se presenta cuenta con cables suspendidos entre torres , con cables de suspensión verticales que transfieren las cargas vivas y muertas del tablero inferior, sobre el cual transita el tráfico. Esta disposición permite que el tablero sea horizontal o se eleve para obtener mayor altura libre. Al igual que otros tipos de puentes colgantes, este tipo suele construirse sin andamiaje .

Los cables de suspensión deben estar anclados en cada extremo del puente, ya que cualquier carga aplicada al mismo se transforma en tensión en estos cables principales. Los cables principales se extienden más allá de los pilares hasta los soportes a nivel del tablero y, posteriormente, hasta las conexiones con anclajes en el suelo. La calzada se sostiene mediante cables o varillas verticales de suspensión, denominados tirantes. En algunos casos, las torres pueden estar situadas en un acantilado o borde de cañón , donde la carretera puede continuar directamente hasta el tramo principal. De lo contrario, el puente normalmente tendrá dos tramos más pequeños, que discurren entre cada par de pilares y la carretera, los cuales pueden estar sostenidos por cables de suspensión o por su propia estructura de celosía . En los casos en que la estructura de celosía sostiene los tramos, la curvatura de los cables principales exteriores será mínima.

Los primeros puentes colgantes eran cuerdas tendidas a través de un abismo, con una plataforma posiblemente al mismo nivel o suspendida debajo de las cuerdas de tal manera que estas adquirían forma de catenaria .

Precursores

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 cadena de Gyalpo que sobrevivió fue el Puente Thangtong Gyalpo en Duksum , en la ruta a Trashi Yangtse , que finalmente fue arrasado por una corriente en 2004. ^{[ 12 ]} Los puentes de cadena de hierro de Gyalpo no incluían un puente de tablero suspendido , que es el estándar en todos los puentes colgantes modernos. En cambio, tanto la barandilla como la capa peatonal de los puentes de Gyalpo usaban cables. Los puntos de tensión que soportaban la solera estaban reforzados por las cadenas de hierro. Se cree que antes del uso de cadenas de hierro, Gyalpo usaba cuerdas de sauces retorcidos o pieles de yak. ^{​​[ 13 ]} También pudo haber usado tela fuertemente atada.

Los incas utilizaban puentes de cuerda , documentados ya en 1615. Se desconoce cuándo se construyeron por primera vez. Queshuachaca es considerado el último puente de cuerda inca que se conserva y se reconstruye anualmente.

puentes de cadena

El primer puente colgante de cadena de hierro del mundo occidental fue el puente de Jacob's Creek (1801) en el condado de Westmoreland, Pensilvania , diseñado por el inventor James Finley . ^{[ 14 ]} El puente de Finley fue el primero en incorporar todos los componentes necesarios de un puente colgante moderno, incluyendo 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. ^{[ 15 ]}

Los primeros puentes de cadena británicos incluyeron el puente de la abadía de Dryburgh (1817) y el puente Union de 137 m (1820), con tramos que aumentaron rápidamente a 176 m con el puente de Menai (1826), "el primer puente colgante moderno importante". ^{[ 16 ]} El primer puente de cadena en los territorios de habla alemana fue el puente de cadena en Núremberg . El puente colgante de hierro de Sagar con un tramo de 200 pies (también llamado puente Beose) fue construido cerca de Sagar, India, entre 1828 y 1830 por Duncan Presgrave, maestro de la Casa de la Moneda y del Ensayo. ^{[ 17 ]} El puente colgante de Clifton (diseñado en 1831, completado en 1864 con un tramo 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 construido entre 1829 y 1832, reemplazando un puente de madera río abajo que se derrumbó en 1828. Es el único puente colgante que cruza el Támesis sin mareas. El puente de cadenas Széchenyi (diseñado en 1840 e 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. ^{[ 18 ]} Una variante es el puente Thornewill and Warham 's Ferry en Burton-on-Trent , Staffordshire (1889), donde las cadenas no están unidas a los estribos como es habitual, sino a las vigas principales, que por lo tanto están sometidas a compresión. En este caso, 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. ^{[ 19 ]}

Cable de alambre

El primer puente colgante de cables fue el Puente Araña en las Cataratas del Schuylkill (1816), una modesta pasarela peatonal provisional construida tras el derrumbe del cercano Puente de Cadenas de James Finley en las Cataratas del Schuylkill (1808). La pasarela tenía una longitud de 124 m, aunque su calzada medía tan solo 0,45 m de ancho.

El desarrollo de los puentes colgantes de cables se remonta al puente colgante simple temporal de Annonay , construido por Marc Seguin y sus hermanos en 1822. Tenía una luz de tan solo 18 m. ^{[ 20 ]} El primer puente colgante permanente de cables fue el puente Saint Antoine de Guillaume Henri Dufour en Ginebra , de 1823, con dos tramos de 40 m. ^{[ 20 ]} El primero con cables ensamblados en el aire según el método moderno fue el Grand Pont Suspendu de Joseph Chaley en Friburgo , en 1834. ^{[ 20 ]}

En Estados Unidos, el primer gran puente colgante de cables fue el Puente de Cables de Fairmount, en Filadelfia, Pensilvania. Diseñado por Charles Ellet Jr. y terminado en 1842, tenía una luz de 109 metros. 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 niveles 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. ^{[ 21 ]}

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  Dibujo del puente Chaksam, construido por los tibetanos al sur de Lhasa en 1430, con largas cadenas suspendidas entre torres y cables verticales que soportan el peso de una pasarela de tablones situada debajo.
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  Vista del puente de cadenas inventado por James Finley Esq. (1810), por William Strickland . El puente de cadenas de Finley en las cataratas de Schuylkill (1808) tenía dos tramos, de 100 pies y 200 pies.
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  Puente colgante de hierro de Sagar, obra del mayor Presgrave, 1828-1830, cerca de Sanodha , distrito de Sagar, India, construido con hierro de producción local.
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  Puente de alambre en Fairmount (1842, reemplazado en 1874).

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 puente en sí. Como cualquier otra estructura, un puente tiende a colapsar debido a las fuerzas gravitatorias que actúan sobre los materiales de los que está hecho. La carga viva se refiere al tráfico que circula por el puente, así como a factores ambientales normales como los cambios de temperatura, las precipitaciones y el viento. La carga dinámica se refiere a factores ambientales que van más allá de las condiciones climáticas normales, como las ráfagas de viento repentinas y los terremotos. Estos tres factores deben tenerse en cuenta al construir un puente.

Uso distinto al de carreteras y ferrocarriles

Los principios de suspensión utilizados a gran escala también aparecen en contextos menos dramáticos que los puentes de carretera o ferrocarril. La suspensión por cable ligero puede resultar menos costosa y parecer más elegante para un puente peatonal o ciclista que los robustos soportes de vigas. Un ejemplo de ello es el puente Nescio en los Países Bajos y el puente peatonal colgante de Riegelsville de 1904, diseñado por Roebling, que cruza el río Delaware en Pensilvania. ^{[ 26 ]} El puente colgante peatonal más largo, que cruza el río Paiva, en el Geoparque de Arouca , Portugal, se inauguró en abril de 2021. El puente de 516 metros cuelga a 175 metros sobre el río. ^{[ 27 ]}

Cuando un puente de este tipo salva un espacio entre dos edificios, no es necesario construir torres, ya que los edificios pueden servir de anclaje para los cables. La suspensión por cables también puede reforzarse gracias a la rigidez inherente de una estructura que comparte muchas características con un puente tubular .

Los puentes colgantes típicos se construyen siguiendo una secuencia que generalmente se describe a continuación. Dependiendo de la longitud y el tamaño, la construcción puede durar entre un año y medio (la construcción del puente original de Tacoma Narrows duró solo 19 meses) y una década (como en el caso del puente Akashi Kaikyo ).

1. Cuando las torres se asientan sobre pilares submarinos, se hunden cajones y se excava el fondo blando para la cimentación. Si el lecho rocoso es demasiado profundo para ser expuesto mediante excavación o el hundimiento de un cajón, se hincan pilotes hasta el lecho rocoso o en el suelo duro suprayacente, o bien se puede construir una gran losa de hormigón para distribuir el peso sobre el suelo menos resistente, preparando previamente la superficie con una capa de grava compactada. (Esta losa de cimentación también puede absorber los movimientos de una falla activa , y esto se ha implementado en los cimientos del puente atirantado Río-Antirio ). Luego, los pilares se extienden por encima del nivel del agua, donde se rematan con bases de pedestal para las torres.
2. Cuando las torres se asientan sobre terreno seco, se utilizan excavaciones profundas para los cimientos o pilotes.
3. A partir de los cimientos, se levantan torres de una o varias columnas utilizando hormigón armado de alta resistencia, mampostería o acero. El hormigón es el material más utilizado en la construcción de puentes colgantes modernos debido al elevado coste del acero.
4. En la parte superior de las torres se colocan grandes dispositivos llamados soportes , que albergarán los cables de suspensión principales. Generalmente de acero fundido, también pueden fabricarse con piezas remachadas y están equipados con rodillos para permitir que los cables principales se desplacen durante la construcción y bajo cargas normales.
5. Los anclajes se construyen, generalmente junto con las torres, para resistir la tensión de los cables y conformar el sistema de anclaje principal de toda la estructura. Suelen anclarse en roca de buena calidad, pero también pueden consistir en grandes contrapesos de hormigón armado dentro de una excavación. La estructura de anclaje contará con múltiples cáncamos abiertos que sobresalen, protegidos dentro de un espacio seguro.
6. Posteriormente, se construyen pasarelas suspendidas temporales, llamadas pasarelas de acceso , utilizando un conjunto de cables guía que se elevan mediante cabrestantes situados en la parte superior de las torres. Estas pasarelas siguen la curva diseñada por los ingenieros del puente para los cables principales, en una trayectoria que matemáticamente se describe como un arco catenario . Las pasarelas de acceso suelen tener entre ocho y diez pies de ancho y se construyen con rejilla metálica y listones de madera.
7. Se colocan pórticos sobre las pasarelas, que servirán de soporte para los carretes principales de hilatura de cables. A continuación, se instalan los cables conectados a los cabrestantes y, posteriormente, se instalan los dispositivos principales de hilatura de cables.
8. El alambre de alta resistencia (generalmente de acero galvanizado de calibre 4 o 6) se tira en forma de bucle mediante poleas en el carro, con un extremo fijado a un anclaje. Cuando el carro llega al anclaje opuesto, el bucle se coloca sobre una argolla de anclaje abierta . A lo largo de la pasarela, los trabajadores también tensan los cables hasta alcanzar la tensión deseada. Esto continúa hasta completar un haz, llamado "cordón de cable", que se sujeta temporalmente con alambre de acero inoxidable. Este proceso se repite hasta completar el último cordón de cable. A continuación, los trabajadores retiran las vueltas individuales de los cordones de cable (durante el proceso de hilado, la forma del cable principal se asemeja a un hexágono), y luego todo el cable se comprime mediante una prensa hidráulica móvil hasta formar un cilindro compacto, que se envuelve firmemente con alambre adicional para formar la sección transversal circular final. El alambre utilizado en la construcción de puentes colgantes es de acero galvanizado recubierto con inhibidores de corrosión.
9. En puntos específicos del cable principal (a una distancia horizontal exacta del siguiente), se instalan dispositivos llamados "bandas de sujeción" para sostener cables de acero denominados cables de suspensión. Cada cable de suspensión se diseña y corta a longitudes precisas y se enrolla sobre las bandas de sujeción. En algunos puentes, donde las torres están cerca de la orilla o sobre ella, los cables de suspensión se aplican solo al tramo central. Los primeros cables de suspensión estaban provistos de remaches de zinc y arandelas de acero, que servían de soporte para el tablero. Los cables de suspensión modernos llevan un sistema de fijación tipo grillete.
10. Se utilizan polipastos especiales, sujetos a los tirantes o a los cables principales, para elevar las secciones prefabricadas del tablero del puente hasta el nivel adecuado, siempre que las condiciones locales permitan transportarlas por debajo del puente mediante barcazas u otros medios. En caso contrario, se puede utilizar una grúa de voladizo móvil para extender el tablero sección por sección, comenzando desde las torres y avanzando hacia afuera. Si la estructura del tablero se extiende desde las torres, las partes terminadas del tablero tendrán una inclinación ascendente bastante pronunciada, ya que no existe una fuerza descendente en el centro del tramo. Una vez completado el tablero, la carga adicional hará que los cables principales describan un arco, matemáticamente descrito como una parábola , mientras que el arco del tablero será el previsto por el diseñador: generalmente un arco ascendente suave para mayor altura libre si se trata de un canal de navegación, o plano en otros casos, como un tramo sobre un cañón. Los tramos de suspensión arqueados también proporcionan mayor rigidez y resistencia a la estructura.
11. Una vez finalizada la estructura principal, se instalan o completan diversos detalles como la iluminación, las barandillas, la pintura de acabado y el pavimento.

Los puentes colgantes suelen clasificarse según la longitud de su tramo principal. Estos son los diez puentes con los tramos más largos, seguidos de la longitud del tramo y el año en que se abrieron al tráfico:

(Cronológico)

• El puente Union Bridge (Inglaterra/Escocia, 1820), el de mayor longitud (137  m), estuvo en uso desde 1820 hasta 1826. Es el puente colgante más antiguo del mundo que aún soporta tráfico rodado.
• El acueducto de Roebling en Delaware (EE. UU., 1847), el puente colgante de cables más antiguo que aún está en servicio en los Estados Unidos.
• El puente colgante John A. Roebling (EE. UU., 1866) era entonces el puente colgante de cables más largo del mundo, con un tramo principal de 322 metros (1057 pies).
• Puente de Brooklyn (EE. UU., 1883), el primer puente colgante de cables de acero.
• El puente Bear Mountain (EE. UU., 1924), el puente colgante de mayor longitud (497  m) entre 1924 y 1926, fue el primero en tener una plataforma de hormigón. Los métodos de construcción empleados en su edificación posibilitarían posteriormente varios proyectos de mayor envergadura.
• El puente Benjamin Franklin (EE. UU., 1926) reemplazó al puente Bear Mountain como el tramo más largo, con 1750 pies entre las torres. Incluye una línea de metro en funcionamiento y estaciones de tranvía nunca utilizadas en el tramo. ^{[ 28 ]}
• Tramo oriental del puente de la bahía de San Francisco-Oakland (EE. UU., 2013). La sección oriental es un puente colgante autoanclado , el más largo de su tipo en el mundo. Reemplazó a un puente en voladizo .
• El puente Golden Gate (EE. UU., 1937) fue el puente colgante más largo desde 1937 hasta 1964. También fue el puente más alto del mundo desde 1937 hasta 1993, y sigue siendo el puente más alto de los Estados Unidos.
• El puente Mackinac (EE. UU., 1957) es el puente colgante más largo entre dos puntos de anclaje en el hemisferio occidental.
• El puente sobre el río Si Du (China, 2009), el puente más alto del mundo , con su calzada a unos 500 metros sobre la superficie del río.
• El puente de Çanakkale (Turquía, 2022), construido en 1915, tiene el tramo principal más largo de cualquier puente colgante del mundo, cruza los Dardanelos y cuenta con un tramo principal de 2.023 metros.

El puente colgante de Broughton (Inglaterra) era 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 provocada por las tropas que marchaban al unísono. Como consecuencia del incidente, el ejército británico emitió una orden para que las tropas rompieran el paso al cruzar un puente.

El puente Silver Bridge (EE. UU.) era un puente de cadena de barras de ojo, construido en 1928, que se derrumbó a finales de 1967, causando la muerte de cuarenta y seis personas. El puente tenía un diseño de baja redundancia que dificultaba su inspección. El derrumbe impulsó la legislación para garantizar que los puentes antiguos fueran inspeccionados y mantenidos periódicamente. Tras el derrumbe, un puente de diseño similar fue clausurado inmediatamente y posteriormente demolido. Un segundo puente de diseño similar, construido con un mayor margen de seguridad , permaneció en servicio hasta 1991.

El puente Tacoma Narrows (EE. UU.), construido en 1940, era vulnerable a vibraciones estructurales con vientos sostenidos y moderadamente fuertes debido a su estructura de vigas de placa. El viento provocó un fenómeno llamado aleteo aeroelástico que causó su colapso tan solo unos meses después de su finalización. El colapso fue grabado en vídeo. No hubo víctimas mortales; varios conductores lograron escapar de sus vehículos a pie y alcanzar los anclajes antes de que el puente se derrumbara.

El puente colgante de Yarmouth (Inglaterra) fue construido en 1829 y se derrumbó en 1845, causando la muerte de 79 personas.

El puente colgante sobre el río Peace (Canadá), cuya construcción finalizó en 1943, se derrumbó en octubre de 1957 cuando cedió el soporte de suelo del anclaje norte. 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, finalizado en 2001 y colapsó en 2011. Decenas de vehículos que se encontraban sobre el puente cayeron al río Mahakam. Como resultado de este incidente, 24 personas fallecieron y decenas resultaron heridas, siendo atendidas en el Hospital Regional Aji Muhammad Parikesit. Asimismo, se reportaron 12 personas desaparecidas, 31 con heridas graves y 8 con heridas leves. Los resultados de la investigación indican que el colapso se debió principalmente a fallas en la construcción de la abrazadera de suspensión vertical. También se determinó que el mantenimiento deficiente, la fatiga de los materiales de construcción de los soportes de cable, la calidad de los materiales y las cargas del puente que excedían la capacidad vehicular también pudieron haber influido en el colapso del puente. En 2013, el puente Kutai Kartanegara fue reconstruido en el mismo lugar y finalizado en 2015 con un diseño de puente de arco pasante .

El 30 de octubre de 2022, el puente colgante peatonal Jhulto Pul , que cruza el río Machchhu en la ciudad de Morbi, Gujarat, India, se derrumbó, causando la muerte de al menos 141 personas.

• Puente colgante atirantado
• Puente flotante atirantado
• Puente colgante flotante
• Lista de los tramos más largos de puentes colgantes
• Cronograma de los tres tramos más largos, ya sean puentes, teleféricos , líneas eléctricas , techos o cúpulas , etc.
• Puente de acero

• Okukawa, Atsushi; Suzuki, Shuichi; Harazaki, Ikuo (2014). «Puentes colgantes». En Chen, Wai-Fah; Duan, Lian (eds.). Manual de ingeniería de puentes: Diseño de superestructuras (2.ª  ed.). Boca Raton: CRC Press. pp. 363–398 . doi : 10.1201/b16523 . ISBN  978-0-429-10507-4.
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• Estructuras: puentes colgantes
• Sociedad Estadounidense de Ingenieros Civiles ; Archivado el 4 de junio de 2009 en Wayback Machine. Historia y legado de la ingeniería civil: puentes.
• Bridgemeister: Principalmente puentes colgantes
• Wilford, John Noble (8 de mayo de 2007). "Cómo los incas saltaron cañones" . The New York Times .