Un puente atirantado tiene una o más torres (o pilones ), desde las cuales los cables sostienen el tablero del puente. Una característica distintiva son los cables o tirantes, que discurren directamente desde la torre hasta el tablero, formando normalmente un patrón en forma de 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 discurriendo entre las torres. El puente atirantado es óptimo para luces más largas que los puentes voladizos y más cortas que los puentes colgantes. Este es el rango dentro del cual los puentes voladizos se volverían más pesados rápidamente y el cableado de los puentes colgantes sería más costoso.
Los puentes atirantados se estaban diseñando y construyendo a finales del siglo XVI, [1] y la forma encontró un amplio uso a finales del siglo XIX. Los primeros ejemplos, incluido el Puente de Brooklyn , a menudo combinaban características tanto del diseño atirantado como del de suspensión. Los diseños atirantados cayeron en desgracia a principios del siglo XX, cuando los espacios más grandes se salvaron utilizando diseños de suspensión pura y los más cortos utilizando varios sistemas construidos con hormigón armado . Recuperó prominencia a finales del siglo XX, cuando la combinación de nuevos materiales, maquinaria de construcción más grande y la necesidad de reemplazar puentes más antiguos redujeron el precio relativo de estos diseños. [2]
Historia
Puente atirantado del erudito renacentista Fausto Veranzio , de 1595/1616. Antes de la fabricación industrial de cables pesados (cables de acero), los puentes suspendidos o atirantados se construían inicialmente 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 plataformas de madera en Bluff Dale, Texas (1890), o su Barton Creek , semanas antes, pero en ruinas. Puente 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 (1899) de A. Gisclard, [5] en el que la parte horizontal de las fuerzas del cable se equilibra mediante un cable de amarre horizontal separado, evitando una compresión importante del tablero, y el puente de G. Leinekugel le Coq [6] en Lézardrieux , 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 modernos tipo, pero tuvo poca influencia en el desarrollo posterior. [8] El puente Strömsund con cubierta de acero diseñado por Franz Dischinger (1955) es, por lo tanto, citado más a menudo como el primer puente atirantado moderno.
Otros pioneros clave fueron Fabrizio de Miranda , Riccardo Morandi y Fritz Leonhardt . Los primeros puentes de esta época utilizaban muy pocos tirantes, como en el puente Theodor Heuss (1958). Sin embargo, esto implica costos de montaje sustanciales y las estructuras más modernas tienden a utilizar muchos más cables 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 al suelo en cada extremo. Esto puede resultar difícil de implementar cuando las condiciones del terreno son malas. Los cables principales, que pueden moverse libremente sobre soportes en las torres, soportan la carga del tablero del puente. Antes de instalar la plataforma, los cables están tensos por su propio peso. A lo largo de los cables principales, cables o varillas más pequeñas se conectan al tablero del puente, que se eleva en secciones. Al hacer esto, la tensión en los cables aumenta, al igual que ocurre con la carga viva del tráfico que cruza el puente. La tensión de 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 método en voladizo para soportar la plataforma 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 horizontal 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 siguientes son ventajas clave de la forma atirantada:
rigidez mucho mayor que la del puente colgante, por lo que se reducen las deformaciones del tablero bajo cargas vivas
Se puede construir en voladizo desde la torre: los cables actúan como soportes temporales y permanentes para la plataforma del puente.
Para un puente simétrico (en el que los vanos a ambos lados de la torre son iguales), no se requieren el equilibrio de fuerzas horizontales ni grandes anclajes al suelo.
Diseños
Hay cuatro clases principales de aparejos en puentes atirantados: mono , arpa , abanico y estrella . [10]
El diseño mono utiliza un solo cable de sus torres y es uno de los ejemplos menos utilizados de su 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 plataforma.
En el diseño del ventilador , todos los cables se conectan o pasan por encima de la parte superior de las torres. El diseño del ventilador es estructuralmente superior con un momento mínimo aplicado 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 ventilador modificada, los cables terminan cerca de la parte superior de la torre pero están suficientemente espaciados entre sí para permitir una mejor terminación, una mejor protección ambiental y un buen acceso a los cables individuales para mantenimiento. [11]
En el diseño de estrella , otro diseño relativamente raro, los cables están espaciados en la torre, como el diseño de arpa, pero se conectan a un punto o varios puntos estrechamente espaciados en la plataforma. [12]
Diferencia entre tipos de puentes
Diseño monocromático
diseño de arpa
Diseño de ventilador
Diseño de estrella
Las siete disposiciones de columnas de un puente atirantado.
También hay siete disposiciones principales para las columnas de soporte: simple , doble , de portal , en forma de A , en forma de H , de Y invertida y en forma de M. Los tres últimos son arreglos híbridos que combinan dos arreglos en uno. [10]
La disposición única utiliza una sola columna para soporte de cables, normalmente sobresaliendo por el centro de la plataforma, pero en algunos casos ubicada en un lado o en el otro. Ejemplos: Viaducto de Millau en Francia y Puente Sunshine Skyway en Florida .
El portal es similar a la disposición doble pero tiene un tercer miembro que conecta la parte superior de las dos columnas para formar una forma 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 A es similar en concepto al portal, pero logra el mismo objetivo al inclinar las dos columnas entre sí para encontrarse en la parte superior, eliminando la necesidad del tercer miembro. Ejemplos: Puente Arthur Ravenel Jr. en Carolina del Sur y Puente Helgeland en Noruega .
El diseño en forma de M combina dos torres en forma de A , cada una al lado de la otra, para formar una M. Este tipo de disposición es poco común y se usa 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 planeado Puente Ship Channel, también en Texas.
Dependiendo del diseño, las columnas pueden ser verticales, en ángulo o curvadas con respecto al tablero del puente.
Mucho más radical en su estructura, el Puente del Alamillo (1992) utiliza un solo larguero en voladizo en un lado del tramo, con cables en un lado solo para soportar 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 están equilibradas por los 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 las 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 dos o tres vanos.
En un puente atirantado de 2 o 3 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 tramos más amplios, 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 en los pilones. Ejemplos de estructuras de múltiples tramos en las que este es el caso incluyen el puente Ting Kau , donde se utilizan tirantes adicionales de "arriostramiento transversal" para estabilizar los pilones; Viaducto de Millau y Puente de Mezcala , donde se utilizan torres gemelas; y el Puente General Rafael Urdaneta , donde se adoptaron torres de armazón de múltiples 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 de suspensión; esta solución también se puede adaptar para puentes atirantados. [13]
Puente extradosado
El Twinkle-Kisogawa es un diseño extradosado, con grandes espacios entre las secciones soportadas por cables.
Un puente extradosado 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 luz. Los primeros puentes extradosados fueron el puente Ganter y el puente Sunniberg en Suiza. El primer puente extradosado en los Estados Unidos, el Pearl Harbor Memorial Bridge, se construyó para llevar la I-95 a través del río Quinnipiac en New Haven, Connecticut, y se inauguró en junio de 2012.
Puente atirantado con sistema de cuna
Un sistema de cuna transporta los torones dentro de los tirantes desde el tablero del puente al tablero del puente, como un elemento continuo, eliminando anclajes en los pilones. Cada hilo de acero recubierto de epoxi se transporta dentro de la cuna en un tubo de acero de una pulgada (2,54 cm). Cada hilo actúa de forma independiente, lo que permite la extracción, inspección y reemplazo de hilos individuales. Los dos primeros puentes de este tipo son el puente Penobscot Narrows , terminado en 2006, y el Veterans' Glass City Skyway , terminado en 2007. [14]
Tipos de puentes relacionados
Puente colgante autoanclado
Un puente colgante autoanclado tiene cierta similitud en principio con el tipo atirantado en que las fuerzas de tensión que evitan que la plataforma caiga se convierten en fuerzas de compresión verticalmente en la torre y horizontalmente a lo largo de la estructura de la plataforma. También está relacionado con el puente colgante por tener 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, su construcción es más costosa.
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 luz atirantada de 400 metros (1.300 pies). [dieciséis]
El Puente Erasmus cruza el Nieuwe Maas en Rotterdam , 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 levadizo 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 , actualmente en construcción, que conecta Detroit, Michigan con Windsor, Ontario, tendrá dos torres en forma de A construidas a orillas del río Detroit, seis carriles para el tráfico automovilístico y un sendero para bicicletas y peatones. Tendrá 2,5 kilómetros (1,6 millas) de largo. Una vez terminado en 2024, tendrá el tramo principal más largo de todos los puentes atirantados de América del Norte con 853 metros (2799 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 , conectando Jiaxing y Shaoxing , dos ciudades de la provincia de Zhejiang. Fue inaugurado 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 se abre
Puente Kosciuszko : conecta los distritos de Brooklyn y Queens en la ciudad de Nueva York, reemplazando un puente de armadura del mismo nombre. El primer tramo atirantado (que lleva temporalmente tres carriles en cada dirección) se abrió al tráfico en abril de 2017. Un segundo tramo, casi idéntico, se abrió 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 el Premio al Logro Sobresaliente en Ingeniería Civil de la sección de Texas de la Sociedad Estadounidense de Ingenieros Civiles . [19] [20] El puente también recibió el Premio de la Convención Europea de Construcción de Acero de 2012 para puentes de acero. [21]
Viaducto de Millau , el puente con los pilares más altos del mundo: 341 metros (1119 pies) de altura y calzada de 266 metros (873 pies) de altura, que salva el río Tarn en Francia. Con una longitud total de 2.460 metros (8.070 pies) y siete torres, también cuenta con la plataforma suspendida atirantada más larga del mundo.
Most SNP (Puente del Levantamiento Nacional Eslovaco): el puente atirantado más largo del mundo que tiene un pilón y un plano atirantado (Bratislava, Eslovaquia, 1967-1972).
Most SNP (Nový most), el puente atirantado más largo del mundo en la categoría con un pilón y un plano atirantado, que cruza el Danubio en Bratislava , Eslovaquia . El tramo principal es de 303 metros (994 pies), la longitud total es de 430,8 metros (1413 pies). El único miembro de la Federación Mundial de Grandes Torres que se utiliza principalmente como puente. Alberga un restaurante de platillo volante en la cima del pilón de 85 metros (279 pies) de altura.
Puente de Oresund , un puente ferroviario de dos vías y un puente de carretera de cuatro carriles con un tramo principal de 490 metros (1.610 pies) y una longitud total de 7,85 kilómetros (4,88 millas), que cruza el Öresund entre Malmö , Suecia y la capital danesa. Región .
El puente Pelješac conecta el enclave del sureste de Croacia con el resto del país.
Ponte Morandi , parte del cual se derrumbó durante una tormenta el 14 de agosto de 2018
Pont de Normandie , cruza el Sena en Normandía , Francia (1988 - 1995): brevemente el puente atirantado más largo del mundo.
Queensferry Crossing (anteriormente Forth Reemplazo Crossing) es un puente de carretera en Escocia. Se construye junto al puente colgante existente de Forth Road que cruza el Firth of Forth y, una vez finalizado en 2017, se convirtió en el puente atirantado de triple torre 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 tramo más largo y esbelto del mundo en el momento de su construcción (1973-1977). Tres vanos largos de 148 metros (486 pies) + 400 metros (1300 pies) + 148 metros (486 pies). Pilones 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 la segunda plataforma suspendida atirantada más larga (2.258 metros (7.408 pies) de largo) del mundo, siendo solo la plataforma del Viaducto de Millau en el sur de Francia. más largo a 2.460 metros (8.070 pies). Sin embargo, como este último también está sostenido por apoyos en los pilones, además de los tirantes, el tablero del puente Rio-Antirrio podría considerarse el tablero atirantado totalmente suspendido más largo del mundo.Puente Río-Antirrio que cruza el golfo de Corinto cerca de Patras , uniendo por carretera la ciudad de Río en la península del Peloponeso con Antirrio en Grecia continental.
Puente Russky , el puente atirantado con el tramo más largo del mundo, con 1.104 metros (3.622 pies). Vladivostok , Rusia .
El segundo cruce de Severn entre Inglaterra y Gales tiene 3,186 millas (5,127 km) de largo 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 pisos inaugurado en 2017 y 2018, y es a la vez 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 para igualar 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 a vehículos de tránsito, ciclistas y peatones, pero no a automóviles. Terminado en 2015, el puente tiene 520 m (1,720 pies) y se extiende a través del río Willamette para conectar los distritos de 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 en el mundo de marcos de delta de hormigón prefabricado para la construcción de su tramo principal atirantado de 630 pies (190 m). Es una parte instrumental del programa 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 caminos 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 luz para carreteras y ferrocarriles del mundo. Luces: 110 metros (360 pies) + 330 metros (1080 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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Otras lecturas
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Walther, René; et al. (1999). Puentes atirantados (2ª ed.). Tomás Telford. ISBN 0-7277-2773-7.
enlaces externos
Wikimedia Commons tiene medios relacionados con puentes atirantados.
Registro de puentes atirantados de América del Norte
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