Un puente de arco atirantado es un puente de arco en el que las fuerzas horizontales dirigidas hacia afuera del arco o los arcos son soportadas como tensión por una cuerda que ata los extremos del arco en lugar de por el suelo o los cimientos del puente. Esta cuerda reforzada puede ser la propia estructura del tablero o estar formada por tirantes independientes separados.
Los empujes hacia abajo en el tablero de un puente de arco atirantado se traducen, como tensión, por los tirantes verticales entre el tablero y el arco, que tienden a aplanarlo y, por lo tanto, a empujar sus puntas hacia afuera en los estribos, como en otros puentes de arco. Sin embargo, en un puente de arco atirantado o de cuerdas de arco, estos movimientos no están restringidos por los estribos sino por la cuerda reforzada, que une estas puntas, tomando los empujes como tensión, de manera similar a la cuerda de un arco que se está aplanando. Por lo tanto, el diseño también se llama puente de arco de cuerda de arco o puente de viga de cuerda de arco . [1] [2]
La eliminación de las fuerzas horizontales en los estribos permite construir puentes de arco atirantado con cimientos menos robustos, por lo que pueden situarse sobre pilares elevados o en zonas de suelo inestable . [3] Además, dado que no dependen de fuerzas de compresión horizontales para su integridad, los puentes de arco atirantado pueden prefabricarse fuera del sitio y, posteriormente, flotarse, transportarse o elevarse hasta su lugar. Entre los puentes notables de este tipo se incluyen el puente Fremont en Portland, Oregón , y el primer puente "diseñado por computadora" de este tipo, el puente Fort Pitt en Pittsburgh, Pensilvania . [4]
Tanto el puente de arco atirantado como el puente colgante autoanclado ejercen únicamente cargas verticales sobre el anclaje, por lo que son adecuados cuando es difícil anclar grandes fuerzas horizontales.
Algunos puentes de arcos atirantados sólo atan directamente un segmento del arco principal y prolongan la cuerda reforzada para atarla a los extremos superiores de los arcos auxiliares (semi-arcos) . Estos últimos suelen sostener el tablero desde abajo y unen sus pies inferiores a los del arco o arcos principales. Los pilares de apoyo en este punto pueden ser delgados, porque las fuerzas horizontales dirigidas hacia afuera de los extremos del arco principal y auxiliar se contrarrestan. Toda la estructura está autoanclada . Al igual que el caso simple, coloca exclusivamente cargas verticales en todos los apoyos ligados al suelo.
Un ejemplo es el puente Fremont en Portland, Oregón, que es el segundo puente de arco atirantado más largo del mundo y también se clasifica como un puente de arco pasante . El puente Chaotianmen en Chongqing es un puente de arco atirantado, de arco pasante y de arco de celosía .
Por el contrario, el puente Hart utiliza un arco de celosía en voladizo, que está autoanclado , pero su arco no está atado. En particular, el tablero del puente está suspendido, pero no ata los extremos del arco.
Los puentes de arcos atirantados pueden consistir en arcos atirantados alineados sucesivamente en lugares donde un solo tramo no es suficiente. Un ejemplo de esto es el puente de arco Godavari en Rajahmundry, India. Tiene cuatro apoyos separados en cada pilar y soporta la línea ferroviaria central sur de la India. Fue diseñado para servicios ferroviarios de 250 km/h.
Al igual que en los puentes de vigas continuas de varios tramos, el cordón de unión se extiende continuamente sobre todos los pilares. Los pies de los arcos coinciden (se fusionan) en los pilares del puente. Una buena indicación visual son los apoyos compartidos en los pilares. Las cargas dinámicas se distribuyen entre los tramos.
Este tipo se puede combinar con el diseño de arco atirantado con hombros que se analizó anteriormente. Un ejemplo de esto es el puente Dashengguan en Nanjing, China. Sus dos arcos principales están atirantados por arcos auxiliares cortos. Es un diseño de arco atirantado (rígido) y de arco con celosía en voladizo. Debido a que el tráfico pasa por la envoltura estructural, también es un puente de arco pasante. El puente Guandu en Nueva Taipei, Taiwán, es un ejemplo sin celosía con tres arcos principales aumentados por dos segmentos de arco auxiliares en los portales del puente.
El puente Infinity utiliza dos arcos de diferente altura y longitud de tramo que se bifurcan antes de su vértice. Por encima de su único pilar fluvial desplazado en el medio, el tablero se encuentra entre los arcos. Por el contrario, cada estribo en las orillas del río sostiene un solo extremo del arco, en el medio del tablero. El o los cordones de amarre consisten en una estructura de tablero compuesta. Cuatro cables de acero en espiral postensados, dos a cada lado del tablero peatonal, están bloqueados en su lugar por vigas de acero dispuestas ortogonalmente cada 7,5 metros. Los soportes están unidos a cada una de estas vigas entre cada par de cables. Dado que las vigas se extienden por el ancho del tablero de hormigón postensado, los pares de cables tensores permanecen visibles.
Un primer plano del pilar del río muestra que la carga muerta estructural está ligada a cada tramo: el arco de mayor longitud utiliza cables tensores más gruesos y los segmentos de reflexión no están suspendidos de vigas de acero, sino que están soportados por ellas, lo que esencialmente completa los arcos en el pilar del río. Sin embargo, para cargas dinámicas y no uniformes, no se deben descuidar las continuaciones de los arcos que definen visualmente. [5]
Por lo general, para un solo tramo, se colocan dos arcos atirantados en paralelo a lo largo del tablero, de modo que el tablero se encuentre entre los arcos. Los puentes de arco atirantado axial o de arco atirantado simple tienen como máximo un arco atirantado por tramo que generalmente está centrado en el medio del tablero del puente. [6] Un ejemplo de esto es Hoge Brug en Maastricht. Dado que tiene soportes con bisagras, también podría clasificarse como un puente de Nielsen, quien tenía una patente sobre puentes de arco atirantado con soportes con bisagras desde 1926.
Algunos diseños inclinan los arcos hacia afuera o hacia adentro con respecto al eje que corre a lo largo del tablero del puente.
En analogía con los puentes gemelos , dos puentes de arco atirantado erigidos uno al lado del otro para aumentar la capacidad de tráfico, pero estructuralmente independientes, pueden denominarse puentes gemelos de arco atirantado . Cada uno, a su vez, puede utilizar un diseño de arco atirantado discreto o continuo, de uno o varios tramos.
Un puente de celosía con cuerdas de arco es similar en apariencia a un puente de arco atirantado; sin embargo, la celosía con cuerdas de arco se comporta como una celosía , no como un arco . La distinción visual es que un puente de arco atirantado no tendrá elementos diagonales sustanciales entre los elementos verticales.
En un aviso de 1978 emitido por la Administración Federal de Carreteras (FHWA), la FHWA señaló que los puentes de arco atirantado son susceptibles a problemas causados por soldaduras deficientes en la conexión entre la nervadura del arco y las vigas de unión, y en la conexión entre el arco y los tirantes verticales. Además, los problemas con las soldaduras de electroescoria , aunque no se limitaban a los puentes de arco atirantado, resultaban en reparaciones costosas, que consumían mucho tiempo y eran incómodas. La estructura en su conjunto se describió como no redundante : la falla de cualquiera de las dos vigas de unión resultaría en la falla de toda la estructura. [7]
Bajo cargas muertas verticales y cargas impuestas uniformes, los arcos soportan las cargas bajo compresión axial pura con los cables del borde del tablero actuando como tirantes horizontales.
