Un puente de arco es un puente con estribos en cada extremo en forma de arco curvo . Los puentes de arco funcionan transfiriendo el peso del puente y sus cargas parcialmente a un empuje horizontal restringido por los estribos a cada lado, y parcialmente a una carga vertical sobre los soportes del arco. Un viaducto (un puente largo) puede estar hecho de una serie de arcos, aunque hoy en día se suelen utilizar otras estructuras más económicas.
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El puente de arco más antiguo que se conserva es probablemente el puente Arkadiko de Micena , en Grecia, del año 1300 a. C. aproximadamente. La población local todavía utiliza este puente de arco de piedra con ménsulas . [1] El puente helenístico Eleutherna, bien conservado, tiene un arco de ménsula triangular. [2] La pasarela de Rodas, del siglo IV a. C., reposa sobre un arco de dovela primitivo . [3]
Aunque los arcos verdaderos ya eran conocidos por los etruscos y los antiguos griegos , los romanos fueron, al igual que con la bóveda y la cúpula , los primeros en darse cuenta plenamente del potencial de los arcos para la construcción de puentes. [4] Una lista de puentes romanos compilada por el ingeniero Colin O'Connor presenta 330 puentes romanos de piedra para el tráfico, 34 puentes romanos de madera y 54 puentes acueducto romanos , una parte sustancial aún en pie e incluso utilizados para transportar vehículos. [5] Un estudio más completo realizado por el erudito italiano Vittorio Galliazzo encontró 931 puentes romanos, en su mayoría de piedra, en nada menos que 26 países (incluida la ex Yugoslavia ). [6]
Los puentes de arco romanos eran generalmente de medio punto , aunque algunos eran de arco rebajado (como el puente de Alconétar ), un puente que tiene un arco curvo que es menor que un semicírculo. [7] Las ventajas del puente de arco rebajado eran que permitía que pasaran grandes cantidades de agua de inundación por debajo de él, lo que evitaría que el puente fuera arrastrado durante las inundaciones y el puente en sí podría ser más ligero. [8] En general, los puentes romanos presentaban piedras de arco primario en forma de cuña ( dovelas ) del mismo tamaño y forma. Los romanos construyeron acueductos tanto de un solo tramo como de arcos múltiples largos , como el Pont du Gard y el Acueducto de Segovia . Sus puentes presentaron desde tiempos remotos aberturas para inundaciones en los pilares, por ejemplo en el Pons Fabricius en Roma (62 a. C.), uno de los puentes principales más antiguos del mundo que aún se mantiene en pie.
Los ingenieros romanos fueron los primeros y hasta la Revolución Industrial los únicos en construir puentes con hormigón , al que denominaron Opus caementicium . El exterior solía revestirse con ladrillo o sillería , como en el puente de Alcántara.
Los romanos también introdujeron los puentes de arco rebajado en la construcción de puentes. El puente de Limyra, de 330 m de longitud (1080 pies), en el suroeste de Turquía , presenta 26 arcos rebajados con una relación luz-elevación media de 5,3:1, [9] lo que le da al puente un perfil inusualmente plano sin igual durante más de un milenio. El puente de Trajano sobre el Danubio presentaba arcos rebajados de madera con enjutas abiertas (apoyados sobre pilares de hormigón de 40 m de altura (130 pies)). Este iba a ser el puente de arco más largo en mil años tanto en términos de longitud total como de tramo individual, mientras que el puente romano existente más largo es el Puente Romano de Mérida, de 790 m de longitud (2590 pies) . El puente Karamagara, de la época romana tardía, en Capadocia, puede representar el puente superviviente más antiguo que presenta un arco apuntado. [10]
En la Europa medieval , los constructores de puentes mejoraron las estructuras romanas al utilizar pilares más estrechos , arcos de cañón más delgados y relaciones luz-altura más altas en los puentes. También se introdujeron los arcos apuntados góticos , que redujeron el empuje lateral, y se aumentaron las luces, como en el excéntrico Puente del Diablo (1282).
En el siglo XIV, la construcción de puentes alcanzó nuevas cotas. En lugares tan diversos como España ( Puente de San Martín ), Italia ( Puente de Castelvecchio ) y Francia ( Puente del Diablo y Pont Grand ) se alcanzaron luces de 40 m, algo inaudito en la historia de la construcción de arcos de mampostería, y con tipos de arcos tan diferentes como arcos de medio punto, apuntados y rebajados. El puente de Trezzo sull'Adda , destruido en el siglo XV, llegó a tener una luz de 72 m, que no se igualó hasta 1796. [11]
Construcciones como el aclamado puente florentino de arco rebajado Ponte Vecchio (1345) combinaban una sólida ingeniería (relación luz-altura de más de 5,3 a 1) con un atractivo estético. Los tres elegantes arcos del renacentista Ponte Santa Trinita (1569) constituyen el puente de arco elíptico más antiguo del mundo. Estas estructuras de baja altura requerían estribos enormes , que en el puente veneciano de Rialto y el Fleischbrücke de Núremberg (relación luz-altura de 6,4:1) se cimentaron sobre miles de pilotes de madera, parcialmente hincados oblicuamente en el terreno para contrarrestar de forma más eficaz el empuje lateral.
En China, el puente de arco más antiguo que existe es el Puente Zhaozhou del 605 d.C., que combinaba una relación luz-elevación muy baja de 5,2:1, con el uso de arcos de enjuta (reforzados con ménsulas de hierro). El Puente Zhaozhou, con una longitud de 167 pies (51 m) y una luz de 123 pies (37 m), es el primer puente de arco segmentado de enjuta abierta totalmente de piedra del mundo, lo que permite un mayor paso de las aguas de inundación. [12] Se pueden encontrar puentes con enjutas perforadas en todo el mundo, como en China ( Puente Zhaozhou , siglo VII), Grecia ( Puente de Arta , siglo XVII) y Gales ( Puente Cenarth , siglo XVIII).
En tiempos más modernos, muchos ingenieros civiles, entre ellos Thomas Telford , Isambard Kingdom Brunel y John Rennie , siguieron construyendo arcos de piedra y ladrillo . Un pionero clave fue Jean-Rodolphe Perronet , que utilizó pilares mucho más estrechos, métodos de cálculo revisados y relaciones de luz-altura excepcionalmente bajas. En la construcción de puentes de arco se han utilizado cada vez más materiales diferentes, como el hierro fundido , el acero y el hormigón .
La piedra, el ladrillo y otros materiales similares son resistentes a la compresión y algo resistentes al esfuerzo cortante , pero no pueden resistir mucha fuerza de tracción . Como resultado, los puentes de arco de mampostería están diseñados para estar constantemente bajo compresión, en la medida de lo posible. Cada arco se construye sobre un marco de cimbra temporal, conocido como cimbra . En los primeros puentes de arco de compresión, una piedra angular en el medio del puente soportaba el peso del resto del puente. Cuanto más peso se ponía sobre el puente, más fuerte se volvía su estructura. Los puentes de arco de mampostería utilizan una cantidad de material de relleno (normalmente escombros compactados) sobre el arco para aumentar este peso muerto en el puente y evitar que se produzca tensión en el anillo del arco a medida que las cargas se mueven a través del puente. Otros materiales que se utilizaron para construir este tipo de puente fueron el ladrillo y el hormigón no reforzado. Cuando se utiliza mampostería (piedra cortada), los ángulos de las caras se cortan para minimizar las fuerzas de corte. Cuando se utiliza mampostería al azar (piedras sin cortar ni preparar), se unen con mortero y se deja que el mortero se asiente antes de quitar la cimbra.
Los arcos de mampostería tradicionales suelen ser duraderos y algo resistentes al asentamiento o socavamiento. Sin embargo, en comparación con las alternativas modernas, estos puentes son muy pesados y requieren cimientos extensos . También son costosos de construir en lugares donde los costos de mano de obra son altos.
El puente de arco de ménsula es un puente de mampostería o piedra en el que cada hilada (capa) sucesivamente más alta se eleva ligeramente más que la hilada anterior. [13] Los escalones de la mampostería se pueden recortar para que el arco tenga una forma redondeada. [14] El arco de ménsula no produce empuje, o presión hacia afuera en la parte inferior del arco, y no se considera un arco verdadero . Es más estable que un arco verdadero porque no tiene este empuje. La desventaja es que este tipo de arco no es adecuado para grandes luces. [15]
En algunos lugares es necesario salvar un gran desnivel a una altura relativamente alta, como cuando un canal o un sistema de suministro de agua debe atravesar un valle. En lugar de construir arcos extremadamente grandes o columnas de soporte muy altas (algo difícil si se utiliza piedra), se construye una serie de estructuras arqueadas una encima de otra, con estructuras más anchas en la base. Los ingenieros civiles romanos desarrollaron el diseño y construyeron estructuras muy refinadas utilizando únicamente materiales, equipos y matemáticas simples. Este tipo todavía se utiliza en viaductos y calzadas de canales, ya que tiene una forma agradable, en particular cuando se cruzan aguas, ya que los reflejos de los arcos forman una impresión visual de círculos o elipses.
Este tipo de puente está formado por un arco en el que el tablero se encuentra completamente por encima del arco. El área entre el arco y el tablero se conoce como enjuta . Si la enjuta es sólida, por lo general el caso de un puente de arco de mampostería o piedra, el puente se denomina puente de arco con tablero de enjuta cerrada . Si el tablero está sostenido por una serie de columnas verticales que se elevan desde el arco, el puente se conoce como puente de arco con tablero de enjuta abierta . El puente Alexander Hamilton es un ejemplo de un puente de arco de enjuta abierta. Finalmente, si el arco sostiene el tablero solo en la parte superior del arco, el puente se denomina puente de arco de catedral . [16]
Este tipo de puente tiene un arco cuya base está al nivel o debajo del tablero, pero cuya parte superior se eleva por encima de él, por lo que el tablero pasa a través del arco. La parte central del tablero está sostenida por el arco mediante cables de suspensión o barras de unión, como en un puente de arco atirantado . Los extremos del puente pueden estar sostenidos desde abajo, como en un puente de arco de tablero. Cualquier parte sostenida desde el arco por debajo puede tener enjutas que estén cerradas o abiertas.
El Puente del Puerto de Sídney y el Puente de Bayona son puentes de arco pasante que utilizan un arco de tipo celosía.
También conocido como arco de cuerda, este tipo de puente de arco incorpora un tirante entre dos extremos opuestos del arco. El tirante suele ser el tablero y es capaz de soportar las fuerzas de empuje horizontales que normalmente se ejercerían sobre los estribos de un puente de arco.
El tablero está suspendido del arco. El arco está en compresión, a diferencia de un puente colgante, donde la catenaria está en tensión. Un puente de arco atirantado también puede ser un puente de arco pasante.
Un puente de arco con bisagras incorporadas para permitir el movimiento entre elementos estructurales. Un puente de una sola bisagra tiene una bisagra en la corona del arco , un puente de dos bisagras tiene bisagras en ambos puntos de apoyo y un puente de tres bisagras tiene bisagras en las tres ubicaciones. [17]
La mayoría de los puentes de arco modernos están hechos de hormigón armado . Este tipo de puente es adecuado cuando se puede erigir un eje central temporal para soportar los encofrados, el acero de refuerzo y el hormigón sin curar. Cuando el hormigón está lo suficientemente fraguado, se retiran los encofrados y las cimbras. También es posible construir un arco de hormigón armado a partir de hormigón prefabricado , donde el arco se construye en dos mitades que luego se apoyan una contra la otra.
Muchos puentes modernos, hechos de acero o de hormigón armado, suelen soportar parte de su carga mediante tensión dentro de su estructura. Esto reduce o elimina el empuje horizontal contra los estribos y permite su construcción en terrenos más débiles. Desde el punto de vista estructural y analítico, no son verdaderos arcos, sino más bien una viga con forma de arco. Consulte el puente de arco de celosía para obtener más información sobre este tipo.
Una evolución moderna del puente de arco es el puente de arco pasante de gran longitud . Esto ha sido posible gracias al uso de materiales ligeros y resistentes a la tracción, como el acero y el hormigón pretensado.
"Los romanos fueron los primeros constructores en Europa, quizás los primeros en el mundo, en apreciar plenamente las ventajas del arco, la bóveda y la cúpula".
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