Un puente atirantado tiene una o más torres (o pilonos ), desde las cuales los cables sostienen el tablero del puente. Una característica distintiva son los cables o tirantes, que van directamente desde la torre hasta el tablero, normalmente formando un patrón en abanico o una serie de líneas paralelas. Esto contrasta con el puente colgante moderno , donde los cables que sostienen el tablero están suspendidos verticalmente del cable principal, anclado en ambos extremos del puente y que corre entre las torres. El puente atirantado es óptimo para tramos más largos que los puentes en ménsula y más cortos que los puentes colgantes. Este es el rango dentro del cual los puentes en ménsula se volverían rápidamente más pesados y el cableado del puente colgante sería más costoso.
Puente atirantado del erudito renacentista Fausto Veranzio , de 1595/1616. Antes de la fabricación industrial de cables de acero pesados, los puentes atirantados o suspendidos se construían con varillas unidas (cadenas).
El ejemplo más antiguo conocido de un verdadero puente atirantado en los Estados Unidos es el puente colgante Bluff Dale de acero o hierro en gran parte intacto de EE Runyon con largueros y cubierta de madera en Bluff Dale, Texas (1890), o su puente Barton Creek de semanas antes, pero en ruinas, entre Huckabay, Texas y Gordon, Texas (1889 o 1890). [3] [4] En el siglo XX, los primeros ejemplos de puentes atirantados incluyeron el inusual puente Cassagnes de A. Gisclard (1899), [5] en el que la parte horizontal de las fuerzas del cable se equilibra con un cable de amarre horizontal separado, lo que evita una compresión significativa en el tablero, y el puente de G. Leinekugel le Coq [6] en Lézardrieux en Bretaña (1924). Eduardo Torroja diseñó un acueducto atirantado [7] en Tempul en 1926. [8] El puente atirantado con cubierta de hormigón de Albert Caquot de 1952 [9] sobre el canal Donzère-Mondragon en Pierrelatte es uno de los primeros del tipo moderno, pero tuvo poca influencia en el desarrollo posterior. [8] Por lo tanto, el puente Strömsund con cubierta de acero diseñado por Franz Dischinger (1955) se cita con más frecuencia como el primer puente atirantado moderno.
Otros pioneros clave fueron Fabrizio de Miranda , Riccardo Morandi y Fritz Leonhardt . Los primeros puentes de este período utilizaban muy pocos tirantes, como en el puente Theodor Heuss (1958). Sin embargo, esto implica costos de construcción sustanciales y las estructuras más modernas tienden a utilizar muchos más tirantes para garantizar una mayor economía.
Los puentes atirantados pueden parecer similares a los puentes colgantes , pero son bastante diferentes en principio y construcción. En los puentes colgantes, grandes cables principales (normalmente dos) cuelgan entre las torres y están anclados en cada extremo al suelo. Esto puede ser difícil de implementar cuando las condiciones del terreno son malas. Los cables principales, que pueden moverse libremente sobre cojinetes en las torres, soportan la carga del tablero del puente. Antes de instalar el tablero, los cables están bajo tensión por su propio peso. A lo largo de los cables principales, cables o varillas más pequeños se conectan al tablero del puente, que se eleva en secciones. A medida que se hace esto, la tensión en los cables aumenta, al igual que ocurre con la carga viva del tráfico que cruza el puente. La tensión en los cables principales se transfiere al suelo en los anclajes y por compresión hacia abajo en las torres.
Diferencia entre tipos de puentes
Puente colgante
Puente atirantado, diseño en abanico
En los puentes atirantados, las torres son las principales estructuras portantes que transmiten las cargas del puente al suelo. A menudo se utiliza un sistema de voladizos para sostener el tablero del puente cerca de las torres, pero los tramos más alejados de ellas se sostienen mediante cables que van directamente a las torres. Esto tiene la desventaja, a diferencia del puente colgante, de que los cables tiran hacia los lados en lugar de directamente hacia arriba, lo que requiere que el tablero del puente sea más resistente para resistir las cargas de compresión horizontales resultantes , pero tiene la ventaja de no requerir anclajes firmes para resistir la tracción horizontal de los cables principales del puente colgante. Por diseño, todas las fuerzas horizontales estáticas del puente atirantado están equilibradas de modo que las torres de soporte no tienden a inclinarse ni a deslizarse y, por lo tanto, solo deben resistir las fuerzas horizontales de las cargas vivas.
Las principales ventajas del encofrado atirantado son las siguientes:
una rigidez mucho mayor que la del puente colgante, por lo que se reducen las deformaciones del tablero bajo cargas vivas
Se puede construir mediante voladizos desde la torre: los cables actúan como soportes temporales y permanentes para el tablero del puente.
Para un puente simétrico (en el que los tramos a ambos lados de la torre son iguales), las fuerzas horizontales se equilibran y no se requieren grandes anclajes al suelo .
Diseños
Hay cuatro clases principales de aparejos en los puentes atirantados: mono , arpa , abanico y estrella . [10]
El diseño mono utiliza un solo cable desde sus torres y es uno de los ejemplos menos utilizados de la clase.
En el diseño de arpa o paralelo , los cables son casi paralelos de modo que la altura de su fijación a la torre es proporcional a la distancia desde la torre hasta su montaje en la cubierta.
En el diseño de ventiladores , todos los cables se conectan a la parte superior de las torres o pasan por encima de ellas. El diseño de ventiladores es estructuralmente superior, ya que se aplica un momento mínimo a las torres, pero, por razones prácticas, se prefiere el ventilador modificado (también llamado semiventilador), especialmente cuando se necesitan muchos cables. En la disposición de ventiladores modificados, los cables terminan cerca de la parte superior de la torre, pero están espaciados entre sí lo suficiente para permitir una mejor terminación, una mejor protección ambiental y un buen acceso a los cables individuales para realizar tareas de mantenimiento. [11]
En el diseño de estrella , otro diseño relativamente raro, los cables están espaciados en la torre, como en el diseño de arpa, pero se conectan a un punto o a varios puntos muy espaciados en la cubierta. [12]
Diferencia entre tipos de puentes
Diseño mono
Diseño de arpa
Diseño de abanico
Diseño de estrella
Todas las disposiciones de siete columnas de un puente atirantado
También hay siete disposiciones principales para columnas de soporte: simple , doble , pórtico , en forma de A , en forma de H , en Y invertida y en forma de M. Las tres últimas son disposiciones híbridas que combinan dos disposiciones en una. [10]
La disposición simple utiliza una sola columna para el soporte de los cables, que normalmente sobresale por el centro del tablero, pero en algunos casos se ubica en un lado o en el otro. Ejemplos: el viaducto de Millau en Francia y el puente Sunshine Skyway en Florida .
El portal es similar al diseño doble pero tiene un tercer miembro que conecta las partes superiores de las dos columnas para formar una especie de puerta o portal. Esto ofrece resistencia adicional, especialmente contra cargas transversales. Ejemplos: Puente Hale Boggs en Luisiana y Puente Kirumi en Tanzania .
El diseño en forma de M combina dos torres en forma de A , cada una de ellas al lado de la otra, para formar una M. Este tipo de disposición es poco común y se utiliza principalmente en puentes anchos donde una disposición solitaria en forma de A sería demasiado débil. Ejemplos: Puente Fred Hartman en Texas y su puente hermano planificado, el Puente Ship Channel, también en Texas.
Dependiendo del diseño, las columnas pueden ser verticales o en ángulo o curvadas con respecto al tablero del puente.
Mucho más radical en su estructura, el Puente del Alamillo (1992) utiliza un único larguero en voladizo en un lado del tramo, con cables en un solo lado para sostener el tablero del puente. A diferencia de otros tipos atirantados, este puente ejerce una fuerza de vuelco considerable sobre su base y el larguero debe resistir la flexión causada por los cables, ya que las fuerzas de los cables no se equilibran con cables opuestos. El larguero de este puente en particular forma el gnomon de un gran reloj de sol de jardín . Los puentes relacionados del arquitecto Santiago Calatrava incluyen el Puente de la Mujer (2001), el Puente del Reloj de Sol (2004), el Puente de los Acordes (2008) y el Puente Assut de l'Or (2008).
Los puentes atirantados con más de tres vanos implican diseños significativamente más desafiantes que las estructuras de 2 o 3 vanos.
En un puente atirantado de dos o tres tramos, las cargas de los tramos principales normalmente se anclan cerca de los estribos de los extremos mediante tirantes en los tramos de los extremos. Para más tramos, este no es el caso y la estructura del puente es menos rígida en general. Esto puede crear dificultades tanto en el diseño del tablero como de los pilonos. Ejemplos de estructuras de varios tramos en los que este es el caso incluyen el Puente Ting Kau , donde se utilizan tirantes de "arriostramiento" adicionales para estabilizar los pilonos; el Viaducto de Millau y el Puente Mezcala , donde se utilizan torres de dos patas; y el Puente General Rafael Urdaneta , donde se adoptaron torres de armazón de varias patas muy rígidas. Una situación similar con un puente colgante se encuentra tanto en el Puente Great Seto como en el Puente de la Bahía de San Francisco-Oakland , donde se requieren pilares de anclaje adicionales después de cada conjunto de tres tramos colgantes; esta solución también se puede adaptar para puentes atirantados. [13]
Puente extradosado
El Twinkle-Kisogawa es un diseño extradosado, con espacios largos entre las secciones soportadas por los cables.
Un puente atirantado es un puente atirantado con un tablero más sustancial que, al ser más rígido y resistente, permite omitir los cables cerca de la torre y que las torres sean más bajas en proporción a la longitud. Los primeros puentes atirantados fueron el puente Ganter y el puente Sunniberg en Suiza. El primer puente atirantado en los Estados Unidos, el puente Pearl Harbor Memorial, se construyó para que la I-95 cruzara el río Quinnipiac en New Haven, Connecticut, y se inauguró en junio de 2012.
Puente atirantado con sistema de cuna
Un sistema de cuna lleva los cordones dentro de los tirantes desde el tablero del puente hasta el tablero del puente, como un elemento continuo, eliminando los anclajes en los pilones. Cada cordón de acero recubierto de epoxi se lleva dentro de la cuna en un tubo de acero de una pulgada (2,54 cm). Cada cordón actúa de forma independiente, lo que permite la extracción, inspección y reemplazo de cordones individuales. Los dos primeros puentes de este tipo son el Puente Penobscot Narrows , completado en 2006, y el Veterans' Glass City Skyway , completado en 2007. [14]
Tipos de puentes relacionados
Puente colgante autoanclado
Un puente colgante autoanclado tiene cierta similitud en principio con el tipo atirantado, en el sentido de que las fuerzas de tensión que impiden que el tablero se caiga se convierten en fuerzas de compresión verticalmente en la torre y horizontalmente a lo largo de la estructura del tablero. También está relacionado con el puente colgante en el sentido de que tiene cables principales arqueados con cables de suspensión, aunque el tipo autoanclado carece de los anclajes de cables pesados del puente colgante ordinario. A diferencia de un puente atirantado o un puente colgante, el puente colgante autoanclado debe estar sostenido por cimbra durante la construcción y, por lo tanto, es más costoso de construir.
Puentes atirantados notables
El puente del periodista Phelippe Daou cruza el río Negro en el estado de Amazonas . Fue inaugurado el 24 de octubre de 2011 y actualmente es el cuarto puente más largo de Brasil , con 3.595 metros (11.795 pies) [15] y una longitud atirantada de 400 metros (1.300 pies). [16]
El puente Erasmus cruza el río Nieuwe Maas en Róterdam , Países Bajos . El tramo sur del puente tiene un puente basculante de 89 metros (292 pies) para barcos que no pueden pasar por debajo del puente. El puente basculante es el más grande y pesado de Europa occidental y tiene el panel más grande de su tipo en el mundo.
El puente internacional Gordie Howe , que actualmente se encuentra en construcción y que unirá Detroit (Michigan) con Windsor (Ontario), tendrá dos torres en forma de “Y” invertida construidas a orillas del río Detroit, seis carriles para el tráfico vehicular y un sendero para bicicletas y peatones. Tendrá una longitud de 2,5 kilómetros (1,6 millas). Una vez completado en 2025, tendrá el tramo principal más largo de cualquier puente atirantado de América del Norte, con 853 metros (2.799 pies).
Puente marítimo Jiaxing-Shaoxing , provincia de Zhejiang , China. El puente es una estructura de ocho carriles que se extiende a lo largo de 10.100 metros (6,3 millas) a través de la bahía de Hangzhou y conecta Jiaxing y Shaoxing , dos ciudades de la provincia de Zhejiang. Se inauguró el 23 de julio de 2013 y actualmente es el puente atirantado más largo del mundo.
Puente Kap Shui Mun : puente atirantado de carretera y ferrocarril con el tramo más largo cuando está abierto
Puente Kosciuszko : conecta los distritos de Brooklyn y Queens en la ciudad de Nueva York y reemplaza a un puente de celosía del mismo nombre. El primer tramo atirantado (que temporalmente lleva tres carriles en cada dirección) se inauguró al tráfico en abril de 2017. Un segundo tramo, casi idéntico, se inauguró el 29 de agosto de 2019. [18]
Puente Margaret Hunt Hill en Dallas , Texas , EE. UU., que se inauguró en 2012 y cruza el río Trinity . En 2012, el puente recibió un Premio al Logro Destacado en Ingeniería Civil de la sección de Texas de la Sociedad Estadounidense de Ingenieros Civiles . [19] [20] El puente también recibió un Premio de la Convención Europea de 2012 para Puentes de Acero en Construcción. [21]
Viaducto de Millau , el puente con los pilares más altos del mundo: 341 metros de altura y calzada de 266 metros de altura, que cruza el río Tarn en Francia. Con una longitud total de 2.460 metros y siete torres, también cuenta con el tablero suspendido atirantado más largo del mundo.
Most SNP (Nový most), el puente atirantado más largo del mundo en su categoría, con un pilono y un plano atirantado, que cruza el Danubio en Bratislava , Eslovaquia . El tramo principal tiene 303 metros (994 pies), la longitud total es de 430,8 metros (1.413 pies). Es el único miembro de la Federación Mundial de Grandes Torres que se utiliza principalmente como puente. Alberga un restaurante con forma de platillo volante en la parte superior del pilono de 85 metros (279 pies) de altura.
Puente de Oresund , un puente combinado de ferrocarril de dos vías y carretera de cuatro carriles con un tramo principal de 490 metros (1610 pies) y una longitud total de 7,85 kilómetros (4,88 millas), que cruza el Öresund entre Malmö , Suecia, y la Región de la Capital Danesa .
Ponte Morandi , parte del cual se derrumbó durante una tormenta el 14 de agosto de 2018
Puente de Normandía , cruza el Sena en Normandía , Francia (1988-1995): durante un breve período fue el puente atirantado más largo del mundo.
Queensferry Crossing (anteriormente Forth Replacement Crossing) es un puente de carretera en Escocia. Está construido junto al puente colgante Forth Road Bridge , que cruza el estuario de Forth , y, cuando se terminó de construir en 2017, se convirtió en el puente atirantado de tres torres más largo del mundo, con 2700 m. [22]
El puente de Rande , en España, cerca de Vigo, es el puente atirantado de carretera con el vano más largo y esbelto del mundo en el momento de su construcción (1973-1977). Tiene tres vanos de 148 metros (486 pies) + 400 metros (1.300 pies) + 148 metros (486 pies). Pilonos de hormigón, vigas de acero.
El puente Rio-Antirio cruza el golfo de Corinto cerca de Patras , Grecia. Con una longitud total de 2.880 metros (9.450 pies) y cuatro torres, tiene el segundo tablero suspendido atirantado más largo (2.258 metros (7.408 pies) de largo) del mundo, solo superado por el tablero del viaducto de Millau en el sur de Francia, con 2.460 metros (8.070 pies). Sin embargo, como este último también está sostenido por apoyos en los pilonos además de los tirantes, el tablero del puente Rio-Antirio podría considerarse el tablero completamente suspendido atirantado más largo del mundo.
El segundo cruce del Severn entre Inglaterra y Gales tiene una longitud de 3,186 millas (5,127 km) y consta de un único tramo de navegación central sobre el canal "Shoots" y viaductos de acceso a ambos lados. [23]
El puente Tappan Zee , el reemplazo del puente original , es un puente atirantado de dos niveles inaugurado en 2017 y 2018, y es el puente que cruza el río Hudson más al sur completamente dentro del estado de Nueva York y el primer puente atirantado en América del Norte que coincide con el ancho total de la plataforma de la carretera del puente Zakim de Boston (ver más abajo), de 183 pies (56 metros), que abarca ocho carriles.
Tilikum Crossing en Portland, Oregon , es el primer puente importante en los EE. UU. que fue diseñado para permitir el acceso de vehículos de transporte público, ciclistas y peatones, pero no de automóviles. El puente, que se completó en 2015, tiene 520 m (1720 pies) de largo y se extiende sobre el río Willamette para conectar los distritos South Waterfront y Central Eastside .
Puente Varina-Enon : lleva la I-295 a través del río James entre los condados de Henrico y Chesterfield en Virginia. El puente Varina-Enon presenta el primer uso del mundo de estructuras de hormigón prefabricado en forma de delta para la construcción de su tramo principal atirantado de 190 m (630 pies). Es una parte fundamental del programa del halcón peregrino supervisado por el Departamento de Transporte de Virginia .
El Puente Vasco da Gama en Lisboa , Portugal, es el puente más largo de Europa, con una longitud total de 17,2 kilómetros (10,7 millas), incluidos 0,829 kilómetros (0,515 millas) para el puente principal, 11,5 kilómetros (7,1 millas) en viaductos y 4,8 kilómetros (3,0 millas) en carreteras de extensión.
Los puentes Zárate–Brazo Largo sobre los ríos Paraná Guazú y Paraná de las Palmas en Argentina (1972–1976) son los dos primeros puentes atirantados de acero de gran longitud para carreteras y ferrocarriles del mundo. Luces: 110 metros (360 pies) + 330 metros (1.080 pies) + 110 metros (360 pies).
Vidyasagar Setu , también conocido como el Segundo Puente Hooghly, sobre el río Hooghly , es el primer y más largo puente de este tipo en la India y uno de los más largos de Asia. Conecta las ciudades gemelas de Howrah y Calcuta .
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Lectura adicional
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Walther, Rene; et al. (1999). Puentes atirantados (2.ª ed.). Thomas Telford. ISBN 0-7277-2773-7.
Enlaces externos
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Registro de puentes atirantados de América del Norte
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